氧化石墨烯负载铁锰复合材料对镉砷污染土壤的钝化修复

为修复受到镉砷复合污染的农田土壤,将铁锰氧化物负载于氧化石墨烯表面,制备得到了新型氧化石墨烯负载铁锰复合材料.在此基础上开展了为期60 d土壤培养试验,通过对pH、DOC含量、土壤有效态Cd和As含量动态变化,以及土壤Cd和As形态的测定,探究了氧化石墨烯（GO）和氧化石墨烯负载铁锰复合材料（GO-FM）在不同添加比例下（0.1%、0.2%和0.3%）,对上虞和佛山两种理化性质和污染程度不同的土壤中Cd和As的钝化效果,并阐明其相应修复机制.结果表明,与空白对照相比,GO-FM提高了酸性上虞土的pH,但使佛山土pH降低.培养结束后,GO和GO-FM处理均增加了土壤DOC含量.GO-FM使佛山土可溶态Cd含量降低了5.08%~19.19%,有效态Cd含量降低了36.57%~42.8%,其主要钝化机制是静电吸附、络合和羟基化金属离子的形成.而酸性上虞土受静电斥力的影响使得GO-FM对Cd的钝化效果低于佛山土,但随着材料添加量的增加,GO-FM使氧化石墨烯增加土壤Cd有效性的趋势得到了抑制,添加0.2%和0.3%的GO-FM使上虞土有效态Cd含量降低了6.45%~13.56%.同时,复合材料通过锰氧化物对As的氧化作用以及As与铁氧化物表面羟基形成内表面螯合物的钝化机制,促使上虞土和佛山土的有效态As含量分别降低了4.34%~9.15%和0.87%~5.71%.总之,在佛山土中GO-FM对Cd的钝化效果优于上虞土,在上虞土中GO-FM对As的钝化效果优于佛山土.研究结果可为不同类型土壤镉砷复合污染防治提供理论依据和参考.     

原位形成生物铁锰氧化物对砷(Ⅲ/V)的去除效果与机制

通过改变砷的初始浓度、砷价态、细菌接种比、铁锰浓度等因素来研究不同条件下Pseudomonas putida strain MnB1原位诱导形成生物铁锰氧化物（Biogenic Fe-Mn oxides,BFMO）对As（Ⅲ）和As（V）的去除效果与机制.结果表明：①当As（Ⅲ）和As（V）初始浓度为0.5~5 mg·L^-1时,原位形成的BFMO对As（Ⅲ）和As（V）有良好的去除效率,均在62%以上;②当细菌接种比为0.1%~0.5%时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率与细菌接种比成正比,当细菌接种比大于0.5%时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率基本维持在85%以上,未发生明显变化;③当MnCO₃浓度为0.2~0.8 g·L^-1或Fe（Ⅱ）浓度为2.5~25 mg·L^-1时,原位诱导产生的BFMO对As（Ⅲ）和As（V）的去除率随MnCO₃浓度或Fe（Ⅱ）浓度的增加而增大;当MnCO₃或Fe（Ⅱ）浓度再升高时,As（Ⅲ）和As（V）的去除效率基本保持不变.微观特征分析结果表明,原位形成的BFMO与As（Ⅲ）和As（V）反应后主要产物为As（V）,其去除主要以吸附为主,还存在共沉淀作用.总体而言,原位形成的BFMO适用于砷污染水环境的修复.     

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.     

新疆喀什地区地下水铁锰水文地球化学及演化规律

新疆喀什地区高铁锰地下水严重影响当地供水水质安全及居民身体健康.基于数据收集及水文地质调查基础上,利用171组地下水水样测试数据,借助统计学方法和PHREEQC软件反演对喀什地区地下水铁锰水文地球化学进行研究.结果表明,研究区地下水Fe超标率为39.8%,垂向为深层承压水>浅层承压水>潜水;Mn超标率为60.8%,垂向为浅层承压水>潜水>深层承压水,Mn含量的超标率普遍高于Fe含量的超标率,且分布范围更广,更普遍;高铁锰地下水主要富集于SO₄·Cl-Na·Ca·Mg型水、SO₄·Cl-Na·Mg型水和SO₄·Cl-Na·Ca型水中,高矿化度地下水和蒸发浓缩作用有利于铁锰富集,潜水Fe含量受人为因素影响较大;研究区地下水Fe主要为Fe （Ⅱ）,Mn均为Mn （Ⅱ）;研究区地下水中铁的来源主要为原生地层中褐铁矿,部分为菱铁矿和其他含铁矿物,锰的来源主要为黑锰矿、软锰矿和部分菱锰矿等含锰矿物;潜水中As参与Fe的阳离子交换作用生成Fe （Ⅱ）,承压含水层Mn在高矿化度地下水中持续发生阳离子交换作用,随着含水层深度加大,研究区地下水中的黑锰矿、褐铁矿和软锰矿溶解始终未达到饱和,持续溶解.     

铁锰复合氧化物吸附活性黑染料的性能研究

采用高锰酸钾和硫酸亚铁反应制备铁锰复合氧化物,考察其吸附活性黑染料过程中的影响因素,并比较原位生成的和提前制备的铁锰复合氧化物的吸附性能。结果表明:铁锰复合氧化物对活性黑有较强的吸附能力,吸附过滤之后的去除率较高;染料废水中的硫酸根离子会降低去除率,而氯离子则无明显影响;染料废水的pH值对去除效果的影响较小;原位生成的铁锰复合氧化物的吸附容量大于预制的铁锰复合氧化物固体。通过傅里叶—红外光谱(FTIR)表征分析,推测出铁锰复合氧化物中丰富的表面羟基(Mn-OH、FeOOH官能团等)在吸附过程中起到了重要作用。     

地下水水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌失活的影响

溶解态Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)常共存于还原性地下水中,受O2扰动Fe(Ⅲ)会快速发生氧化.为了解地下水化学组成对Fe(Ⅱ)氧化过程中锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1失活的影响,利用平板计数和邻菲咯啉显色法研究了 pH值、天然有机质和阴阳离子对Fe(Ⅱ)氧化过程中MnB1菌株活菌数量和Fe(Ⅱ)浓度变...     

锰对土壤砷形态转化及水稻吸收砷的影响

土壤中铁锰氧化物是影响土壤砷形态及其生物有效性的重要因素。通过盆栽试验法,利用土壤理化性质相近而锰质量分数相差大的两种自然土壤混合得到土壤锰质量分数(mg·kg^-1)分别为580(Mn1)、980(Mn2)、1900(Mn3)、3030(Mn4)、4230(Mn5)的5个土壤,种植水稻(Oryza sativa L.)后,分别在水稻分蘖期、抽穗期和成熟期采集土壤孔隙水、水稻和土壤样品进行分析,探讨锰质量分数对土壤中铁、锰氧化物形态和砷形态转变及其对水稻吸收砷的影响和作用机制。结果表明,随着土壤锰质量分数增加,土壤Eh呈升高趋势;土壤中无定形铁氧化物、锰氧化物和游离态锰氧化物质量分数增加,成熟期Mn1和Mn5处理土壤无定形态铁氧化物、锰氧化物分别比分蘖期增加11.9%、40.5%和3.6%、35.7%;随着土壤锰质量分数增加,土壤中非专性吸附砷和专性吸附砷比例呈下降趋势,土壤砷更大比例以无定形铁氧化物结合态、晶质铁氧化物结合态和残渣态存在,从水稻分蘖期到成熟期处理Mn1土壤晶质铁氧化物结合态砷和残渣态砷的质量分数共减少了2.7%,Mn2至Mn5处理晶质铁氧化物结合砷...     

铁锰原位氧化产物吸附微量磷的实验

采用小试生物滤池,分别考察了铁和锰离子原位过滤氧化产物吸附去除水中微量磷酸根的特性,并结合SEM/EDS/BET/Zeta电位等分析手段解析了二者对磷酸根的吸附机制.结果表明,铁或锰离子在滤层内氧化的同时,其氧化产物均对磷酸根具有吸附作用;进水铁或锰的去除量与磷酸根的吸附量呈正相关线性关系,其吸附关系分别为106.28μg·mg-1和77.98μg·mg-1.SEM/EDS/BET的分析结果表明,富铁氧化物和富锰氧化物的比表面积分别为96 m2·g-1和67 m2·g-1,前者主要以小颗粒形态在滤层空隙间积累,而后者则以层状或片状形式披覆于滤料表面;反冲洗过程不影响锰氧化过程对磷酸根的吸附,而对铁氧化除磷过程具有促进作用.Zeta等电点和阴离子竞争吸附结果表明,富铁和富锰氧化物吸附磷酸根后,Zeta等电点p H均降低,二者对磷酸根的吸附过程以内层配合吸附作用为主,且氯离子、硫酸根、硝酸根离子对磷酸根的竞争吸附作用影响较弱,属于特异性吸附.     

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.     

不同水分条件下铁基氧化物对土壤砷的稳定化效应研究

应用等温吸附试验及室内模拟培养的方法,研究了Fe2O3、Nano-Fe2O3和铁锰双金属氧化物(FMBO)等铁基氧化物对砷的吸附特性和对不同含水量土壤中砷的稳定化效应.从等温吸附试验结果来看,3种铁基氧化物对As(V)和As(Ⅲ)的吸附过程符合准二级动力学方程,12 h后基本达到吸附平衡,吸附等温线符合Langmuir方程,FMBO对As(V)和As(Ⅲ)的吸附容量显著大于Fe2O3和Nano-Fe2O3,且对As(Ⅲ)的饱和吸附容量大于As(V),能够起到氧化和吸附的双重作用.从对不同含水量土壤中砷的稳定化效果来看,Nano-Fe2O3和FMBO在风干和田间持水量土壤中均能达到90%以上的稳定化效率,显著高于Fe2O3;在土壤水分饱和条件下,FMBO的稳定化效率仍保持在93.5%以上,且能够将土壤中As(Ⅲ)氧化成As(V),而Fe2O3和Nano-Fe2O3分别仅为29.4%、81.4%.3种铁基氧化物的添加会使土壤中砷的结合态发生变化,Fe2O3、NanoFe2O3主要使砷由F1非专性吸附态和F2专性吸附态向F4结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变,添加FMBO主要向F3无定形或弱结晶铁锰或铁铝水化氧化物结合态转变.总体看来,在非饱和状态的土壤,Nano-Fe2O3和FMBO均为良好的稳定化材料,而对于长期淹水的稻田或地下水位较高的地区,或者由于降雨造成土壤滞水等情况,FMBO可以作为一种优良的稳定化材料用于土壤砷污染修复.