典型舰船用金属材料腐蚀与防护研究进展

针对舰船用金属材料在复杂海洋环境下存在的腐蚀问题,概述了舰船用金属材料腐蚀与防护的相关研究进展。介绍了合金钢、铜合金、钛合金和铝合金这些典型舰船用金属材料的常用类型和使用场所,阐述了舰船用金属材料所处不同海洋区带内的腐蚀环境特征,以及点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、微生物腐蚀和应力腐蚀开裂等舰船用金属材料常发生的腐蚀类型。综述了目前对舰船用金属材料腐蚀防护采取的措施,重点关注了表面涂镀层和改性技术的研究进展。最后,提出了舰船用金属材料腐蚀防护未来的研究方向,需从加强腐蚀机理研究、建立腐蚀数据库和发展新型表面腐蚀防护技术3方面入手。     

酸碱复合改性海泡石亚结构特征及其对Cd(Ⅱ)吸附性能

为强化海泡石(Sep)对溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用酸碱复合改性处理获得改性海泡石(ABsep),借助氮气吸脱附等温线、SEM-EDS、TEM、FTIR和XRD等技术分析了改性前后海泡石的结构特征,采用静态吸附实验研究了时间、ABsep/Cd~(2+)质量比、温度、吸附剂用量、pH及共存离子等因素对ABsep吸附Cd~(2+)的影响.结果表明,ABsep孔隙结构发达,比表面积、平均孔径和孔容分别较改性前增加66.1%、15.7%和34.8%,可交换性离子含量有所增加,主要成分为SiO_2和Mg(OH)_2.改性前后海泡石对Cd~(2+)吸附过程能较好地以准二级动力学方程和Langmuir模型进行拟合,且均为自发吸热反应,以化学吸附为主并伴有物理性吸附;最佳ABsep/Cd~(2+)质量比为3:1;298 K时Sips拟合ABsep对Cd~(2+)最大饱和吸附量为142.43 mg·g~(-1),为改性前海泡石的3.55倍;随着吸附剂投加量的增加,Cd~(2+)吸附量表现为先增大后减小,最佳用量为0.3 g·L~(-1);ABsep对Cd~(2+)的吸附量随溶液初始pH的升高而增加最佳pH为7;不同浓度K~+、Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)的存在均会对Cd~(2+)的吸附产生一定的抑制作用其中Mg~(2+)的抑制作用最强.     

内蒙古白云鄂博矿区土壤稀土元素污染特征及评价

白云鄂博矿床是世界上最大的轻稀土矿床,在长期开采过程中向周围环境中释放了大量的稀土元素.为了制定有效地修复方案,必须对稀土元素的浓度、空间分布、分布模式、污染水平和生态风险进行分析和评价.结果表明,土壤样品总稀土含量平均值为6064.95 mg·kg^-1,高于对照点（207.44 mg·kg^-1）、内蒙古（150.95 mg·kg^-1）和中国（184.72 mg·kg^-1）土壤背景值,说明周边土壤出现稀土富集现象.轻稀土元素占到稀土总量的83%~99%,Ce是最主要的轻稀土元素.总稀土的高值区域主要集中于矿源附近,分布极不均匀,受外界干扰较大.各个功能区稀土球粒陨石标准化模式相似,归一化曲线向右倾斜,轻重稀土分馏明显.δCe和δEu的计算显示土壤具有明显的Ce正异常和Eu负异常.La/Yb、La/Sm和Gd/Yb的比值表明,土壤中稀土元素的分布模式是轻稀土元素富集,而且轻稀土元素较重稀土元素具有更为显著的分馏作用.采用4种方法对研究区土壤中稀土元素污染状况和生态风险进行评价.地累积指数计算表明Ce、Nd、Pr和La的均值达到了重污染程度.校正污染程度评价结果显示,不同功能区稀土元素的平均mC_d值范围为7.14~31.38,尾矿库属于高污染水平,居民区和工业区属于非常高污染水平,而采矿区和排土场则达到极高污染水平.污染负荷指数评价显示尾矿库属于中度污染水平,其余功能区则达到重度污染水平.白云鄂博矿区土壤中稀土元素的潜在生态风险指数范围为120.99~6376.46,33%的样点呈现出极强生态风险,16%的样点呈现很强的生态风险,12%的样点呈现较强的生态风险,30%的样点呈现中等风险,只有9%的样点呈现较低的生态风险.因此,亟待采取有效地措施来控制白云鄂博矿区土壤中稀土元素的污染和潜在生态风险.     

生物炭添加对湿地植物菖蒲根系通气组织和根系泌氧的影响

在处理污水的潜流人工湿地中,湿地植物容易受到缺氧胁迫.尽管菖蒲(Acorus calamus L.)是一类对缺氧条件具有显著抵抗能力的湿地植物,但菖蒲的生理响应并不能完全消除湿地长期缺氧带来的胁迫.生物炭添加能够缓解菖蒲体内超氧化物和过氧化物的积累,显著降低膜脂过氧化程度,但生物炭对缓解缺氧胁迫的具体机制尚不清晰.因此,本研究通过在温室内构建5种不同的生物炭湿地,采用植物生态学分析方法,将植物根系通气组织、根孔隙度和根系泌氧相结合,研究菖蒲根部组织对生物炭添加的响应机制.结果表明,通过在传统潜流人工湿地中添加生物炭,有利于菖蒲形成根系通气组织,增大根孔隙度,生物炭投加量与根孔隙度具有显著正相关关系.在湿地中添加生物炭将利于O_2通过通气组织传输至地下部分,并以根系泌氧(radial oxygen loss,ROL)的形式扩散至根际,显著提高根系泌氧量.与其它光强相比,在3 000μmol·(m~2·s)~(-1)条件下,菖蒲泌氧能力较强,生物炭投加比例对植物ROL的影响不显著.     

宁武亚高山湖泊细菌群落的时空格局及驱动机制

受人类活动和气候变化的影响,亚高山湖泊生态系统日趋退化,导致微生物群落生物多样性和结构改变.本研究以宁武亚高山湖泊公海(GH)水体细菌群落为研究对象,通过Q-PCR和DGGE技术分析了不同季节和不同深度的水体中细菌群落多样性分布格局,探究细菌群落的时空动态及其多样性维持机制.结果表明,温度(T)、酸碱度(p H)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、盐度(SAL)和铵态氮(NH4+)在每个月的不同采样深度间均有显著差异.细菌群落丰度具有明显的时空动态,其中8月的丰度最高,11月最低;在水体中层(2、4和6 m)的丰度较高,表层和底层(0 m和8 m)相对较低.细菌群落α多样性指数在各月份和不同深度间均有显著性差异,从4～12月整体上呈现先减少后增加的趋势.相似性分析(PERMANOVA)结果表明,不同深度之间细菌群落的空间分布格局明显不同(P 0. 001).冗余分析(RDA)和方差分解(VPA)结果表明在不同深度下,细菌群落多样性格局是环境选择和扩散限制共同作用的结果,但是环境选择的相对作用更强,其中水体无机氮(NO3-、NO2-和NH4+)浓度是主要的影响因子.总之,宁武亚高山湖泊公海中细菌群落多样性有明显的时空分布格局,环境选择作为主要因素驱动了细菌群落的多样性格局.     

青岛4个海水浴场微塑料的分布特征

微塑料(microplastics,MPs)作为有毒有害物质的载体,会随洋流作用传播、被生物摄入并影响其生长代谢,已经成为全球性的环境问题.为揭示青岛近岸MPs分布规律和影响因素,利用表层现场采样、密度悬浮法分离、光学显微镜和荧光显微镜结合观察的方法,研究了青岛近岸4个典型海水浴场海水和沉积物中MPs丰度分布,分析了各海水浴场MPs的粒径范围、形状和化学成分.结果表明,4个浴场海水中MPs含量范围为5.05×10~3～1.25×10~4个·m~(-3);沉积物中MPs含量范围为1.91×10~3～4.35×10~3个·m~(-2),海水中MPs含量高的站位相应沉积物中含量也高.4种粒径范围MPs在海水及沉积物中皆表现为粒径大小与其含量成负相关,例如,海水中MPs含量最高的为0.05～0.1 mm(4.10×10~3个·m~(-3)),最低为1～5 mm(2.05×10~3个·m~(-3)).纤维状MPs在海水中和沉积物中均占比最高,分别为48.73%和37.51%,其次为颗粒和碎片型.用ATR-FTIR从海水中检测出8种塑料类型,含量由高到低为:PETPPPSPEPVC≈SBPA≈PMA;沉积物中检测出6种MPs,同海水相比,没有PMA和PA,含量较高的4种MPs类型与海水相同.沉积物中的MPs在粒径、形状及成分上与海水具有相似性,说明青岛近岸海水浴场的海水及沉积物可能有相同的污染源:包装行业、服装纺织业、旅游业.研究结果为揭示沿海旅游型城市海水浴场MPs的分布及来源、开展海岸带MPs污染研究与监督工作提供了基础数据.     

中国生活源固体垃圾产生和处理及其N2O排放

核算和评估固体垃圾产生和处理及其N₂O排放具有重要的现实和指导意义.本研究以中国为例（2008—2017年）,建立了固体垃圾产生、处理和N₂O排放核算框架.结果表明,10年间中国固体垃圾产生量上升了34.6%,年均6.13亿t,生活垃圾（48.6%）和工业日用品垃圾（24.6%）是主要贡献源;处理格局仍以填埋为主（占53.0%）,焚烧为辅（25.5%）;堆弃（42.5%）和焚烧（31.2%）是固体垃圾处理中N₂O气体的主要排放源,堆肥占21.9%,填埋处理排放最少（4.4%）;固体垃圾处理产生的渗滤液逐年增加,渗滤液排放的N₂O占固体垃圾处理N₂O排放总量的41.7%,生活垃圾产生的渗滤液是其主要排放源.加大垃圾分类处理和资源化利用力度,加强农村生活垃圾处理处置能力、减少垃圾堆弃量及提高垃圾处理技术对固体垃圾的产生及其N₂O排放减排至关重要.     

腐殖酸与钙离子共存下ZVI界面沉积过程

为精准分析环境介质在零价铁（ZVI）界面沉积过程和沉积层特性,采用喷涂方法制备ZVI负载芯片,应用耗散式石英晶体微天平（QCMD）研究了腐殖酸（HA）与钙离子（Ca（Ⅱ））在ZVI界面沉积吸附过程的差异,并探讨了Ca（Ⅱ）浓度与HA/Ca（Ⅱ）投加顺序对沉积过程的影响机理.结果表明,在反应体系中先通入HA相较先通入Ca（Ⅱ）,ZVI表面形成的沉积层质量更高、沉积层结构更稳定;HA沉积后可促进Ca（Ⅱ）沉积,然而Ca（Ⅱ）先沉积后HA沉积量较少,很大程度上与吸附层外层结构组成差异相关.此外,发现随着Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L升高至200mg/L,Ca（Ⅱ）沉积速率加快,界面沉积量增多.QCMD耗散变化研究发现,当Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L提高至100mg/L,沉积层耗散变化值（ΔD）逐渐下降,沉积层转变为刚性结构;Ca（Ⅱ）浓度继续加大到200mg/L,ΔD升高趋势,沉积层构象呈现疏松态.应用QCMD可实时监测ZVI钝化层形成的动态变化过程,提供了ZVI界面吸附层变化特征等关键信息.     

木耳菌糠生物炭对阳离子染料的吸附性能研究

为了有效处理印染废水,以废弃木耳菌糠（AG）为原料,采用限氧热解法在350、550、750℃的温度下制备木耳菌糠生物炭（AGBC）,处理含有孔雀石绿（MG）、番红花红T （ST）的有色废水.考察了不同初始pH值、吸附时间、初始浓度对AGBC吸附MG、ST的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性.并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对吸附前后的菌糠生物炭进行表征,探究吸附机理.结果表明：随着热解温度的升高,吸附剂表面的含氧官能团数量逐渐减少,而比表面积和芳香化程度逐渐增加.MG的平衡吸附量随溶液pH值的升高而增大,而ST的平衡吸附量呈现相反趋势.AGBC对MG、ST的吸附分别在8h和4h基本达到平衡.AGBC对MG的吸附过程符合准一级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以物理吸附为主;对ST的吸附过程符合准二级动力学模型与Freundlich模型,说明吸附过程以化学吸附为主.与AG350和AG550相比,AG750对MG和ST的吸附量更高,经Langmuir模型拟合,其对MG和ST的最大吸附量分别为10249.79mg/g、3353.49mg/g.吸附机理表明,AGBC对MG的吸附主要为静电引力和π-π共轭作用,对ST的吸附主要为氢键作用、π-π共轭作用以及静电引力.说明AGBC对阳离子染料具有一定的吸附潜力,是一种经济高效的吸附材料.     

区域大气环境模式RegAEMS中二次气溶胶的改进模拟研究

为了提升二次气溶胶的模拟精度,在区域大气环境模式RegAEMS中加入了硫酸盐气溶胶的两种新生成机制（NO₂+SO₂化学过程和过渡金属催化氧化（TMI））以及二次有机气溶胶（SOA）生成的挥发性有机物基集（VBS）方法.模拟了2020年1月上海市两次中度污染过程,并与观测数据进行对比验证.研究发现,两次污染过程硫氧转化率（SOR）均大于0.4,PM_2.5主要组分为SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺等水溶性离子,占比为61.25%~63.85%.SOA占比为2.92%~3.0%.加入NO₂+SO₂化学过程和过渡金属催化氧化（TMI）后,硫酸盐模拟精度明显提升（相关系数（R）从0.49~0.63提升至0.58~0.67,相对标准偏差（NMB）从-35.0%~-36.5%提升至-17.3%~-14.2%）.两种化学过程在污染发展阶段平均贡献占比为23.3%~27.9%,这可能是造成污染条件下SO₄^2-浓度迅速增加的主要原因.VBS机制能够较好地模拟出SOA的变化趋势（相关系数为0.53~0.56）,由于硫酸盐和SOA生成机理的改进,RegAEMS在PM_2.5的模拟精度上有所提升（相对标准偏差（NMB）从-13.5%~-6.0%提升至-9.0%~-3.3%）.