针铁矿纤铁矿催化降解苯酚动力学速率及其反应产物研究

研究了针铁矿和纤铁矿在过氧化氢参与下对苯酚的催化降解的动力学速率与溶液pH关系,并用紫外吸收谱测定其反应产物的谱学特征,发现纤铁矿反应体系降解苯酚的速率大于针铁矿反应体系,其中又以pH=3.8的纤铁矿体系反应速率常数最大。当溶液pH=3～4时,苯酚可被完全降解,并有40%～60%有机碳(TOC)被矿化。当溶液pH=4～5时,苯酚可被转化为多酚类化合物,但基本上不被矿化。当溶液pH>5时,苯酚没有发生明显的转化和矿化。     

硫酸盐还原菌介导的吸附态砷的迁移转化

自然界中砷(As)主要被吸附在铁氧矿物上,吸附态砷从铁氧矿物释放至水体是水中砷污染的主要来源.在此过程中,微生物起着至关重要的作用.本研究的目的是探究加入硫酸盐还原菌Desulfovibrio vulgaris DP4对吸附态砷迁移转化的影响.结果表明,0 h两体系砷释放量均为0μmol·L~(-1).与对照组相比,前84 h DP4促进了吸附态五价砷[As(Ⅴ)]的脱附,在13 h砷的释放量达到最大值12.6μmol·L~(-1),占初始总吸附量(16μmol·L~(-1))的79%,是对照组(1.5μmol·L~(-1))的8.4倍.而在84 h之后,DP4体系的砷浓度低于非生物对照组,表明溶解态砷被再次固定.此过程中,砷的释放量与氧化还原电位(Eh)显著相关(P=0.001).XRD结果表明,在DP4作用下针铁矿的结晶度降低了50%,且结晶度越低,吸附能力越强,这可能是后期砷被再次固定的原因之一.同时SEM-EDS表明DP4使得针铁矿发生团聚,部分被转化为硫铁矿.As的XANES结果表明固相中没有硫化砷生成,这进一步证明固相中生成的主要是硫铁矿,它对砷的再吸附导致了后期DP4体系中溶解态砷的浓度低于非生物对照组.此外,在固相中检测出了19%的As(Ⅲ),而液相中并未检测出溶解态的As(Ⅲ),据此推测硫酸盐还原菌原位还原了吸附态As(Ⅴ).     

铁氧化物与电子供体基质交互作用对红壤性水稻土中DDT还原脱氯影响

铁氧化物与电子供体基质交互作用对电子转移及具有脱氯功能的铁还原菌生长有重要影响,进而可能影响土壤中多氯代有机物的还原脱氯降解.本研究采用土壤厌氧培养实验,分析铁氧化物(针铁矿)和电子供体基质(正丁酸和乙醇)及其交互作用对红壤性水稻土中DDT脱氯的影响及其机制.结果表明,由于DDT脱氯降解,DDT及其降解产物与土壤形成结合态残留,厌氧培养6周后,土壤中DDT可提取态残留量仅为初始量的1.29%~2.01%.DDT厌氧脱氯降解的主要产物为DDD.在培养前期,加入正丁酸和乙醇使反应体系的pH降低Eh增加,进而不利于DDT还原脱氯降解.添加针铁矿或者同时添加针铁矿和电子供体基质均使反应体系的pH增加Eh降低,并且增加土壤中二价铁的量,从而促进DDT还原脱氯降解.正丁酸和铁氧化物对DDT还原脱氯无显著交互作用,而乙醇和铁氧化物对DDT还原脱氯具有拮抗作用.本研究结果对于制定DDT污染土壤的高效原位修复技术方案具有重要意义.     

蒽醌类有机质对针铁矿异化还原解离特征影响

基于希瓦氏金属还原菌(Shewanella decolorationis S12)和针铁矿相互作用,讨论了蒽醌类有机质(AQS)对该针铁矿异化还原过程的调控机制.结果表明:AQS作为电子运移载体,使得还原解离态铁总量(Fetot)和可溶态铁含量(Fedis)均快速增加;不同含量的AQS加入前后,针铁矿还原平均速率得到显著上升,速率比在2.4~4.0之间,且该比值和AQS含量呈显著的线性关系,可决系数为0.9947.Fedis/Fetot比值随AQS含量升高而降低,当AQS含量由0.05 mmol·L-1增加至0.3 mmol·L-1时,Fedis/Fetot比值由0.935减小至0.705.Feads含量随AQS含量增加而增加,当体系中无AQS时,Feads含量维持在较低的水平(0.05 mmol·L-1).AQS参与下的铁异化还原过程实际上是由两个独立的子过程组成,即微生物呼吸作用驱动了AQS和还原态蒽二酚(AH2QS)的循环转变过程以及AH2QS进一步还原解离针铁矿的非生物过程.     

磺胺二甲基嘧啶对镉在针铁矿上吸附行为的影响

环境中抗生素与重金属的共存会使各自在土壤中的迁移转化和生态效应变得更为复杂,为了准确评估磺胺二甲基嘧啶(SMT)与重金属镉复合污染下的环境风险,采用紫外光谱法,研究了中性条件下磺胺二甲基嘧啶与镉的络合特性;采用批量振荡吸附平衡法,研究了SMT存在的条件下针铁矿对镉的吸附特性.结果表明:SMT与镉有一定的络合能力,络合常数log K值为-3.31;针铁矿对SMT和镉都有一定的吸附作用;在SMT存在条件下,针铁矿对镉的吸附容量明显增强,这可能是由于SMT改变了针铁矿表面带电情况,红外结果表明在吸附过程中形成了针铁矿-SMT-镉三元络合物.因此,在评估抗生素与重金属复合污染的环境影响时,需要考虑到污染物之间的协同效应.     

制备条件对合成针铁矿的影响

考察了溶液酸碱性、老化条件、老化时间以及矿化剂滴加速度等因素对合成针铁矿的影响,通过粉末X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、比表面（BET）及粒度分布测试,旨在找到合成产物结晶程度好、比表面积较大、结晶较为均一且方便操作的适宜制备条件及方法.结果表明,在实验室,采用迅速混合矿化剂,碱性条件下70℃老化48 h以上,可制得结晶程度好,粒度分布均匀,较为均一的雪花状针铁矿.采用逐滴滴加矿化剂,上述条件下可制得结晶程度好,较均匀分布的条柱状针铁矿.     

人工合成铁、铝矿对As(V)吸附的研究

采用批实验方法研究了人工合成铁、铝矿物对As(V)的吸附,考察吸附时间及溶液pH值对As(V)吸附的影响.结果表明,不同类型铁、铝矿对As(V)的吸附量均表现出随初始As(V)浓度(0.1~100mg/L)的增加而增加的趋势,其中水铁矿的吸附量在整个浓度范围内始终呈上升趋势,初始浓度为100mg/L As(V)时的吸附量为22.56mg/g,而针铁矿、水铝矿和赤铁矿的吸附量在低初始浓度时上升较快,随浓度升高上升幅度减缓直至平衡,其中赤铁矿的吸附量最小,100mg/L As(V)时的吸附量为4.75mg/g.Freundlich方程对吸附数据的拟合效果优于Langmuir方程,吸附能力表现为水铁矿最高,水铝矿和针铁矿相近,赤铁矿较低.随着吸附时间的增加,4种铁、铝矿物对As(V)的吸附量都逐渐增加,尤其是水铁矿,10min内即达到平衡吸附量的96.3%;水铝矿和针铁矿在48h时吸附量分别为平衡吸附量的97.2%和97.4%;赤铁矿则需96h才基本达到平衡.除水铁矿外,4种动力学方程对其他矿物动力学曲线的拟合均较好,尤其是双常数方程.pH值对矿物吸附As(V)的影响受As(V)初始浓度的影响,初始浓度较低时,铁、铝矿的吸附量仅在极碱条件下(pH>10)降低,而初始浓度较高时则表现为随pH值升高直线下降的趋势.     

好氧砷还原菌对吸附态砷迁移转化的影响

利用静态和动态土柱实验初步研究了好氧砷还原菌Bacillus sp.SXB在砷迁移转化过程中的作用。结果表明,在静态实验中,菌株SXB可以有效还原吸附在针铁矿上的五价砷;在动态土柱实验中,由于原土中砷是以三价砷形式存在,因此,不论是空白对照还是菌株SXB加入处理,出水中砷均为三价砷;当孔隙体积大于100时,铁的溶出开始增加。菌株SXB的加入,轻微地促进了土壤中砷的释放,而对铁的释放并没有明显影响。     

土壤矿物质-可溶态生物炭的交互作用及其对碳稳定性的影响

将生物质转化为生物炭并输入土壤被认为是一种很有前景的碳封存技术.生物炭颗粒在土壤中会不断释放出可溶态生物炭,这部分生物炭不稳定,易被微生物分解.探明土壤组分矿物质对可溶态生物炭稳定性的影响对评估生物炭的碳封存作用具有重要意义.因此,本文以核桃壳生物炭为研究对象,通过批次吸附实验及微生物降解实验研究了2种代表性土壤矿物质高岭土和针铁矿与核桃壳生物炭可溶有机组分的结合机理,以及这种结合作用对可溶态生物炭稳定性的影响.结果表明:低浓度(如20 mg·L-1)可溶态生物炭条件下,高岭土与可溶态生物炭之间以Ca2+架桥作用为主,约占吸附总量的65%;高浓度(如80 mg·L-1)条件下,以范德华力为主,约占吸附总量的76%.随着可溶态生物炭初始浓度的升高,针铁矿对其吸附量先升高后下降,且以范德华力为主,Ca2+会抑制针铁矿对可溶态生物炭的吸附.被矿物质吸附后的可溶态生物炭,其微生物降解性显著下降,可降解的碳下降了47.9%~85.3%,土壤矿物质能够吸附保护可溶态生物炭,提高其在土壤中的稳定性.     

一硫代砷在针铁矿上的吸附及影响因素

以一硫代砷酸盐(monothioarsenate, MTA)为研究对象,查明其在针铁矿上的吸附特征,分析砷酸盐、亚砷酸盐、胡敏酸(humic acid,HA)、硝酸盐和磷酸盐对针铁矿吸附MTA的影响并识别作用机制.结果发现:①当溶液中仅有一种砷形态时,MTA、砷酸盐和亚砷酸盐在针铁矿上的吸附平衡时间分别为8、 2和4 h,吸附过程均符合假二级动力学模型,平衡吸附量(q_e)分别为2 129.851、 3 291.838和1 788.767mg·kg~(-1);当溶液中两种砷形态(砷酸盐与MTA,或亚砷酸盐与MTA)共存时,MTA在针铁矿上的吸附过程仍符合假二级动力学模型,但q_e显著减少,分别为1 236.941mg·kg~(-1)和1 532.287mg·kg~(-1),主要原因是砷酸盐和亚砷酸盐均能与MTA竞争吸附位点.②MTA在针铁矿上的q_e随着HA浓度(10～50 mg·L~(-1))的增加而逐渐降低,因为HA大量的官能团抢占了针铁矿表面吸附点位,从而抑制了MTA的吸附;③当溶液中添加磷酸盐时, MTA、砷酸盐和亚砷酸盐在针铁矿上的q_e显著降低,分别为492.802、 815.782和303.714mg·kg~(-1),这是因为P与As存在竞争性吸附;当添加硝酸盐时,溶液中电子受体数量和Eh增加从而使得3种砷形态的q_e均增大,分别为2 211.030、 3 444.023和1 835.537mg·kg~(-1).