水铁矿及其腐殖酸复合体对Sb(Ⅴ)的吸附行为研究

在实验室条件下制备了水铁矿和水铁矿与腐殖酸复合物,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、Zeta电位及比表面积的测定对其基本性质进行了表征,并采用静态批处理吸附试验研究了水铁矿及其腐殖酸复合物对Sb(Ⅴ)的吸附行为特征,探讨了吸附时间、初始pH值、初始浓度、不同干扰离子(PO_4~(3-)、CO_3~(2-)、NO~-_3和Cl~-)对水铁矿及其复合物吸附Sb(Ⅴ)的影响.结果表明:腐殖酸与水铁矿结合后未改变水铁矿的晶型结构,但降低了水铁矿的零电点与比表面积.水铁矿及其复合物对Sb(Ⅴ)的吸附过程符合Langmuir和伪二级动力学模型,腐殖酸的加入抑制了水铁矿对Sb(Ⅴ)的吸附.随着pH的上升,水铁矿与复合物的去质子化能力增强,对Sb(Ⅴ)的吸附量减小;溶液中共存离子PO_4~(3-)、CO_3~(2-)对水铁矿及其腐殖酸复合物吸附Sb(Ⅴ)有较强的抑制作用.     

腐殖酸对土壤铅镉吸附、赋存形态及生物可给性的影响

腐殖酸（HAs）对重金属土壤环境行为及其生物有效性的影响与其组分分子量大小关系密切.通过3种in vitro试验方法（PBET、SBRC、IVG）探讨了HAs不同分子量组分（F1：<5kDa、F2：5~10kDa、F3：10~30kDa、F4：>30kDa）对土壤镉（Cd）、铅（Pb）生物可给性的影响,同时结合批量等温吸附实验、化学连续提取形态分级方法,分析了土壤Cd、Pb吸附和形态转化与生物可给性的关系.结果表明：土壤对Cd、Pb吸附能力既受HAs添加量的影响,也受到HAs分子量大小的影响.HAs添加量为0.2% C~1% C条件下,<5kDa分子量组分促进了土壤对Cd、Pb的吸附,且随着HAs添加量的增加,促进作用更强.而>10kDa的其他组分则降低了土壤吸附Cd、Pb的能力.在本试验HAs添加量范围内,不同组分均促进了土壤中酸提取态Cd向残渣态转化,且低分子量组分对其促进作用更强.土壤Pb²⁺主要以可还原态的形式存在,占57%~89%,随着HAs组分分子量的增加,酸交换态Pb占比逐渐下降,HAs的添加促进了活性态Pb向难利用态Pb转化,从而降低了Pb²⁺活性.3种in vitro方法生物可给性测定结果表明,<5k和5~10k组分均提高了胃、肠阶段土壤Cd、Pb生物可给性（BA_Cd、BA_Pb）,而其余组分则使土壤Cd、Pb生物可给性降低.Cd、Pb生物可给性取决于Cd、Pb在土壤中转化平衡后的赋存形态,酸交换态占比高生物可给性相应也越高,土壤对重金属的吸附固定难以反映生物可给性.     

酸和热处理对海泡石结构及吸附Pb2+、 Cd2+性能的影响

通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱及比表面积分析等研究了酸和热处理对天然海泡石结构的影响,并考察不同处理后的海泡石样品吸附重金属Pb2+、Cd2+性能.结果表明,海泡石比表面积均随盐酸浓度、处理时间的增加而略有增大,而结构无明显变化,0.5 mol·L-1 HCl处理时,天然海泡石中的CaCO3未能被完全去除,6.0 mol·L-1 HCl处理72 h时,海泡石比表面积达到最大301.47 m2·g-1.盐酸热处理并不能提高海泡石的比表面积,也不会使海泡石结构产生明显变化.不同类型酸处理对海泡石比表面积提高顺序依次为:HCl>HNO3>H2SO4;海泡石经焙烧后比表面积迅速下降,由100℃的21.44 m2·g-1下降到900℃的0.17 m2·g-1.重金属吸附实验表明,盐酸处理浓度和时间对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能无明显影响;不同酸处理对海泡石吸附Pb2+、Cd2+离子性能存在一定影响,H2SO4处理后海泡石对Pb2+、Cd2+离子吸附量明显高于HCl和HNO3处理.海泡石焙烧处理后对Pb2+离子吸附量无明显影响,但对Cd2+离子吸附量在焙烧700℃以上时增加明显.     

生物氧化锰矿物对几种重金属的吸附作用

从土壤铁锰结核及其附近土壤中分离、培养并筛选到3株锰氧化细菌:芽孢杆菌(Bacillus sp.)WH4和GY16,假单胞菌(Pseudomonas sp.)WHS26,应用这3个菌株大量合成了生物氧化锰.在此基础上,比较研究了这3个菌株催化合成的生物氧化锰与一种化学合成锰氧化物矿物(S-MnOx:Synthesized Mn oxide)对重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附特征.结果表明,3种生物氧化锰对重金属的吸附具有明显优势,其对Cu2+、Zn2+、Cd2+的最大吸附量约为S-MnO2的10～100倍;各种氧化锰对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,且是一个快速吸附的过程;3种锰氧化物对Cu2+、Zn2+、Cd2+3种重金属的最大吸附量与其比表面积呈正相关,吸附过程受pH影响,最适的pH范围为3～6.     

水铁矿及其腐殖酸复合体对Sb(Ⅴ)的吸附行为研究

在实验室条件下制备了水铁矿和水铁矿与腐殖酸复合物,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、Zeta电位及比表面积的测定对其基本性质进行了表征,并采用静态批处理吸附试验研究了水铁矿及其腐殖酸复合物对Sb（V）的吸附行为特征,探讨了吸附时间、初始pH值、初始浓度、不同干扰离子（PO₄^3-、CO₃^2-、NO₃^-和Cl^-）对水铁矿及其复合物吸附Sb（V）的影响.结果表明：腐殖酸与水铁矿结合后未改变水铁矿的晶型结构,但降低了水铁矿的零电点与比表面积.水铁矿及其复合物对Sb（V）的吸附过程符合Langmuir和伪二级动力学模型,腐殖酸的加入抑制了水铁矿对Sb（V）的吸附.随着pH的上升,水铁矿与复合物的去质子化能力增强,对Sb（V）的吸附量减小;溶液中共存离子PO₄^3-、CO₃^2-对水铁矿及其腐殖酸复合物吸附Sb（V）有较强的抑制作用.     

水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb与Cd的吸附/冷凝特性

为了研究水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性,采用氮吸附仪和SEM(场发射扫描电镜)对水泥生料的基本物理性质(比表面积、孔径和微观表面积)进行研究;同时,利用小型试验装置对重金属Pb、Cd的氧化物(PbO、CdO)展开了吸附/冷凝研究. 结果表明:水泥生料的比表面积(2.49 m2/g)较小,微观表面结构致密无孔,因此,在水泥窑共处置过程中水泥生料对重金属的吸附/冷凝作用以冷凝为主. 进入控温立式炉的重金属可分为三部分:①冷凝在管壁上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的67%～72%、58%～65%;②吸附/冷凝在水泥生料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的13%～17%、16%～21%;③随烟气释放到空气中,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的10%～18%、14%～26%. 水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性均可用双常数方程拟合,线性拟合的相关系数均在0.95以上. 动力学方程拟合得到水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝活化能,二者分别为5.827、6.050 kJ/mol,由此可预测水泥生料对Pb和Cd的吸附/冷凝量.      

渤海湾表层沉积物重金属在不同粒级有机-矿质复合体中的分布

采用超声分散法分离沉积物中不同粒级有机-矿质复合体,研究了渤海湾沉积物中Pb,Cd,Cr等重金属的污染及其在不同粒级有机-矿质复合体中的分布.结果表明,3种重金属含量总体上随着复合体粒径增大而减小.X射线衍射(XRD)结果显示,随着沉积物粒径的增大,主要来自原生矿物的石英和长石等岩石结构物质的含量增加,但这些物质中的重金属含量较低.渤海湾表层沉积物中重金属污染主要发生在以次生硅酸盐矿物及硅、铁、铝等氧化物或氢氧化物为主的细粒沉积物上,细粒样品由于其较大的比表面积和富含有机质的特性,通过吸附、沉淀、离子交换等,导致所含重金属含量较高.粘粒复合体中Pb含量是粗砂中的2.3倍,Cd是粗砂的3.8倍,而Cr是粗砂的2.8倍.      

重金属在松花江沉积物中的竞争吸附行为及pH的影响

研究了复合污染的重金属体系(多元体系)中松花江沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的热力学和动力学特征,以及pH对重金属吸附量的影响. 结果表明:Langmuir吸附等温线可以很好地描述多元体系中沉积物吸附重金属的热力学过程,沉积物吸附5种重金属离子能力的顺序为Hg2+>Cu2+>Pb2+>>Zn2+> Cd2+. 在相同的条件下,与单一体系相比,多元体系中Pb2+,Zn2+和Cd2+吸附量减小的程度远远大于Hg2+和Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附量分别减少了31.9%,32.1%和68.1%. 一级动力学方程和Langmuir动力学方程可以较好地描述沉积物吸附Hg2+,Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的动力学过程. 沉积物对5种重金属的吸附速率为Cd2+>Zn2+>Pb2+>Cu2+>Hg2+. 沉积物对Cu2+,Pb2+,Zn2+和Cd2+的吸附能力随pH的降低而减小,pH的降低造成锰氧化物的溶解,可能在一定程度上影响沉积物对重金属的吸附能力.      

黑土不同粒径有机-矿质复合体对镉的吸附特性

采用振荡平衡法研究了黑土不同粒级有机-矿质复合体对Cd2+的吸附等温过程和吸附动力学过程,并采用常见数值模型进行了拟合. 结果表明,原土及各粒级复合体对Cd2+的吸附量随平衡液中ρ(Cd2+)的增加而增加. 各粒级组分对Cd2+的吸附量表现为黏粒＞粉粒＞原土＞粗砂＞细砂. Langmuir和Freundlich方程对Cd2+的等温吸附过程均有较好的拟合效果,线性方程拟合效果较差. 最大吸附量与吸附作用强度均呈随粒径增大而减小的趋势. 对影响最大吸附量和吸附作用强度的因子进行回归分析表明,w(有机质)、CEC(阳离子交换量)和比表面积的影响较大,其中w(有机质)是最主要因素,CEC和比表面积的影响次之. 各粒级复合体对土壤吸附Cd2+的贡献率为粉粒＞细砂＞黏粒＞粗砂,99%的Cd2+吸附在＜200 μm的组分上. 不同粒级组分对Cd2+的吸附动力学过程可分为0~20 min的快速反应阶段（吸附量均达到饱和吸附量的90%以上）和慢速反应阶段. 各组分对Cd2+的吸附符合二级动力学过程,表明吸附过程以化学吸附为主,并且吸附速率随颗粒粒径的增大而减小.      

铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料对镉和砷的吸附机制

制备得到了一种铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料（FM-DB）,以同时去除水体中Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）污染.铁锰氧化物-微生物负载生物质炭材料（FM-DB）中铁锰氧化物（FMBO）和山核桃蒲生物质炭（CCSB）的最佳比例为3%+3%.FM-DB耐酸性、机械强度和传质性能良好,在二元体系下对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的最大去除率高达77.29%和99.94%.表征分析证实了FM-DB制备成功且具有丰富的官能团结构.FM-DB对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）单因素吸附实验结果表明,不同条件下复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）均有一定的吸附能力,但受到初始pH、平衡时间和初始浓度的影响.FM-DB对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）吸附动力学和吸附热力学结果表明,复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）的吸附平衡时间分别为3.5 h和8 h,最大吸附容量分别为59.27 mg·g^-1和84.73 mg·g^-1;复合材料对Cd（Ⅱ）和As（Ⅲ）吸附主要受到材料表面电子的交换及共用、络合作用的影响,整个吸附过程则既存在单层吸附,也存在不均匀表面的多层吸附,是一个多步骤过程,可能包括外表...     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

Scavenging of Cd through Fe/Mn oxides within natural surface coatings

The dynamics of Cd scavenging from solutions by Fe/Mn oxides in natural surface coatings （NSCs） was investigated under laboratory conditions. Selective extraction methods were employed to estimate the contributions of Fe/Mn oxides, where hydroxylamine hydrochloride （0.01 mol/L NH2OH-HCl ＋ 0.01 mol/L HNO3）, sodium dithionite （0.4 mol/L Na2S2O4） and nitric acid （10% HNO3） were used as extraction reagents. The Cd scavenging was accomplished with developing periods of the NSCs （totally 21 data sets）. The resulting process dynamics fitted well to the Elovich equation, demonstrating that the amount of Cd scavenged was proportional to the increments of Fe/Mn oxides that were accumulated in the NSCs. The amount of Cd bound to Fe oxides （MCdFe） and Mn oxides （MCdMn） could be quantified by solving two equations based on the properties of two extraction reagents. The amount of Cd scavenged by Fe/Mn oxides could also be estimated using MCdFe and MCdMn divided by the total amounts of Fe and Mn oxides in the NSCs, respectively. The results indicated that the Cd scavenging by Fe/Mn oxides was dominated by Fe oxides, with less roles attributed to Mn oxides. The estimated levels of Cd scavenging through Fe and Mn oxides agreed well with those predicted through additive-adsorption and linear-regression models.     

Adsorption of Pb, Cd to Fe, Mn oxides in natural freshwater surface coatings developed in different seasons

Metal oxides( Fe, Mn oxides) in natural surface coatings(biofilms and associated minerals) are believed to play a significant role n the fate and transport of trace metal in aquatic environments. Seasonal variation of Fe, Mn oxides and organic materials in surface oatings, which were developed periodically on glass slides in Nanhu Lake, Jilin Province, China over the time frame of three seasons,was investigated in order to understand the influence of metal oxides on Pb and Cd adsorption to heterogeneous surface coating materials(biofilm). Pb and Cd adsorption was measured under controlled laboratory conditions( mineral salts solution with defined speciation, ionic trength 0.05 mol/L, 25~C and pH 6.0). The classical Langmuir adsorption isotherm was applied to estimate equilibrium coefficients of Pb nd Cd adsorption to the surface coatings. In general, components in the surface coatings varied greatly with seasons altering and btained higher concentrations in summer while the content of iron oxides always exceeded that of manganese oxides. Correlation nalyses between the maximum adsorption of Pb and Cd and components in the surface coatings developed periodically indicated that Pb hase association with Mn oxides and Cd phase association with Fe oxides as well as Mn oxides were statistically significant. Effect of Mn xides on Cd adsorption was confirmed in view of its higher content in the surface coatings. The importance of ferromanganese oxides for b and Cd adsorption to the natural surface coatings developed in different seasons was evidenced.     

锰氧化物与环境中有机物的作用及其在环境修复中的应用

锰氧化物在陆地和海洋环境中含量丰富.作为天然强氧化剂之一,广泛地参与自然界中有机和无机化合物的氧化还原反应,锰氧化物通过吸附、氧化偶合或氧化分解等方式与多种有机物,如酚及取代酚、芳香胺、腐殖酸、氨基酸.甚至多环芳烃、多氯联苯、内分泌干扰物等相互作用,本文对锰氧化物与多种有机物的反应机理、影响锰氧化物对有机物吸附性能和反应活性的因素进行了综述.同时介绍了天然矿物锰氧化物、化学合成锰氧化物及生物氧化锰的特点及其在环境修复中的应用前景.     

Lead adsorption capacities of different components in natural surface coatings

Pb adsorption capacities of Fe oxide, Mn oxide and organic materials in natural surface coatings (biofilms and associated minerals) collected in three lakes, two ponds and a river in Jilin Province, China and Cayuga Lake in US were studied. A novel extraction technique was employed to remove one or more component(s) from the surface coatings. Pb adsorption to surface coatings before and after extraction was performed to determine the adsorptive properties of the extracted component(s). The statistical analysis of observed Pb adsorption was carried out using nonlinear least squares fitting (NLSF) to estimate the Pb adsorption capacity of each component of surface coatings. For each body of water, the estimated Pb adsorption capacity of Mn oxide( mol Pb/mol Mn) was significantly higher than that of Fe oxide( mol Pb/ mol Fe). The value of estimated adsorption capacities of organic materials with the unit mol Pb per kg COD was similar to or less than that of Fe oxides with the unit mol Pb per mol Fe. Comparison of components of surface coatings in different waters showed that the estimated Pb adsorption capacities of components in surface coatings developed in different natural waters were different,especially for Mn oxides.     

上海白龙港排污口附近潮滩沉积物中重金属总量及其化学形态分析

利用Tessier分级提取法依次提取了上海白龙港排污口附近潮滩沉积物中几种重金属元素的化学形态 ,结果表明 :Cu、Pb、Fe、Zn、Cr在沉积物中均以残渣态为主 ,Mn以碳酸盐结合态为主 ,占到总量的 5 0 %左右 ;秋季碳酸盐结合态重金属向铁锰氧化物结合态发生形态迁移与转化 ,在低潮滩沉积物中 ,碳酸盐结合态重金属发生分解以后 ,一部分向上覆水发生了迁移和扩散 ;Cu、Pb、Fe、Mn重金属元素之间具有良好的相关性 ,Zn、Cr在沉积物中也表现出相似的化学行为。     

Investigation on Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cd fractions in the natural surface coating samples and surficial sediments in the Songhua River, China

Natural surface coating samples （NSCSs） from the surface of shingles and surficial sediments （SSs） in the Songhua River, China were employed to investigate the relationship between NSCSs and SSs in fractions of heavy metals （Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, and Cd） using the modified sequential extraction procedure （MSEP）. The results show that the differences between NSCSs and SSs in Fe fi＇actions were insignificant and Fe was dominantly present as residual phase （76.22% for NSCSs and 80.88% for SSs） and Fe-oxides phase （20.33% for NSCSs and 16.15% for SSs）. Significant variation of Mn distribution patterns between NSCSs and SSs was observed with Mn in NSCSs mainly present in Mn-oxides phase （48.27%） and that in SSs present as residual phase （45.44%）. Zn, Cu, Pb and Cd were found dominantly in residual fractions （〉48%）, and next in solid oxides/hydroxides for Zn, Pb and Cd and in easily oxidizable solids/compounds form for Cu, respectively. The heavy metal distribution patterns implied that Fe/Mn oxides both in NSCSs and SSs were more important sinks for binding and adsorption of Zn, Pb and Cd than organic matter （OM）, and inversely, higher affinity of Cu to OM than Fe/Mn oxides in NSCSs and SSs was obtained. Meanwhile, it was found that the distributions of heavy metals in NSCSs and SSs were similar to each other and the pseudo-total concentrations of Zn, Cu, Pb and Cd in NSCSs were greater than those in SSs, highlighting the more importance for NSCSs than SSs in controlling behaviours of heavy metals in aquatic environments.     

藻源性黑水团环境效应:对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环影响

通过室内静态实验培养装置模拟了蓝藻细胞大量聚集、沉降死亡后对水-沉积物界面处Fe、Mn、S循环的驱动作用.结果表明,藻细胞沉降到沉积物表面50min内,溶解氧就消耗殆尽,形成厌氧、强还原环境,使得界面处大量的铁锰氧化物和硫化物发生厌氧还原.实验进行到第4d沉积物-水界面处Fe2+、Mn2+含量达到峰值,含量分别为4.40mg/L、2.35mg/L;实验结束时Fe2+含量表现下降,浓度仅为3.37mg/L;Mn2+急剧降低,浓度为0.97mg/L.而S2-含量变化则表现为第2d达到最高,含量为0.63mg/L;此后浓度一直降低,实验结束后浓度为0.12mg/L.在实验结束后测定的0～1cm处沉积物的ORP值为-150mV,表明沉积物处于强还原状态.藻体死亡引起的黑水团现象,在驱动沉积物中Fe、Mn、S发生强烈的生物地球化学过程的同时,也将对水体生态环境产生极大的影响.     

催化臭氧化饮用水中甲草胺的研究

利用Fe2+、Mn2+和腐殖酸对水中甲草胺进行了催化臭氧化研究.实验表明,少量的催化剂就可促进甲草胺的降解,过量则会产生抑制作用.深入研究表明,甲草胺的降解与具有极强氧化能力的羟基自由基有关.     

苏南典型工农业交错区土壤铅富集特征及源解析 ——基于PCA-PMF方法

为阐明长江三角洲典型工农业交错区土壤中Pb富集特征以及污染源贡献,以常熟地区典型水稻土为研究对象,分析了该地区表层土壤和土壤剖面中Pb、Cu、Zn、Cd以及主量元素等的含量及Pb形态分布.结果显示,研究区表层土壤发生了显著的Pb富集,土壤Pb平均含量超出了当地水稻土Pb背景值近一倍,地学统计分析反映表层土壤Pb处于轻度...