碘离子对次氯酸氧化一价铊动力学影响及机理研究

铊(Tl)是一种在环境水体中广泛存在的痕量重金属,由于其对生物体毒性巨大,国家和地方高度重视铊污染防治,并将其作为优先监测的重金属污染物之一。氧化法是一种常用并且有效的除铊方法,该方法通过将一价铊(Tl (I))预氧化为更容易沉积的三价铊(Tl (Ⅲ))来实现总铊的去除,但容易受到水体中卤素离子的影响。本研究以水处理中常用的次氯酸钠(NaOCl)作为典型氧化剂,通过采用ABTS分光光度法检测生成Tl (Ⅲ)的浓度变化,考察了环境中常见的卤素碘离子对Tl (I)在这种典型氧化过程动力学中的影响,并结合动力学模型对其机理进行了探究。结果表明,在HOCl氧化过程中,碘离子的加入在pH为6.0、7.0和8.0时均表现出了促进Tl (I)氧化的现象,其中碘离子浓度在高于100 μmol/L时才有明显的催化氧化作用,且在100～1 000 μmol/L浓度范围内反应速率随着碘离子浓度升高氧化速率加快。在酸性和中性条件下500 μmol/L碘离子催化HOCl氧化Tl (I)符合假一级动力学过程,且随着pH的升高反应速率常数逐渐降低。推测碘离子的催化氧化作用为碘离子被次氯酸氧化后,产生具有更强氧化性的次碘酸进而继续氧化Tl (I)。本研究探究了在次氯酸氧化Tl (I)过程中,以碘离子为代表的卤素离子的存在对氧化过程的影响,突出了碘离子在影响Tl (I)氧化动力学中的关键作用。这对于完善铊的氧化还原性质以及评估含卤水中铊的去除策略,保障饮用水安全具有重要意义。     

离子色谱法测定水中亚硝酸盐的不确定度评定

检验检测实验室应对测量结果的不确定度进行分析,本文以离子色谱法测定水中亚硝酸盐为例,通过建立数学模型,找出影响不确定度因素,确定不确定度分量,并合成计算出扩展不确定度。结果表明,标准溶液系列配制过程和校准曲线拟合引入的不确定度是不确定度的主要来源。当置信水平为95%时,亚硝酸盐的扩展不确定度为0.042 mg/L。     

杭州G20减排措施对大气水溶性离子特征的影响

利用2016年颗粒物及水溶性离子采样数据,研究了杭州G20峰会减排措施对大气中无机水溶性离子特征的影响.结果表明,杭州G20峰会减排措施对大气水溶性离子的质量浓度、组成结构、酸碱性等皆存在明显影响.减排措施实施使大气颗粒物和水溶性离子质量浓度下降,受影响的离子主要是NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺、NO₂^-,其中NO₃^-、SO₄^2-质量浓度的下降使NH₄⁺、Ca²⁺、Cl^-成为浓度前3位的离子.SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺、Ca²⁺粒径分布呈单峰型,其中SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺峰值出现在0.65~1.10mm,Ca²⁺峰值出现在5.80~9.00mm,Na⁺、Cl^-、K⁺呈双峰分布,峰值皆出现在3.30~4.70mm和0.65~1.10mm,Na⁺两峰值相当,K⁺、Cl^-在0.65~1.10mm峰值较高.减排措施实施使大气中主要无机盐从NH₄NO₃、（NH₄）₂SO₄、NH₄Cl转变为NH₄Cl、NaCl、KCl,大气颗粒物碱性总体增强.本文研究成果对采取措施改善空气质量具有指导作用.     

长江三角洲霾天气PM2.5中水溶性离子特征及来源解析

于2016年12月13日~2017年1月5日采集了徐州、东山、南京、寿县4个站点的PM_2.5样品,分析了水溶性离子的组成及其来源,并结合天气形势分析了长江三角洲地区大范围霾天气的形成消散及水溶性离子的时间变化特征.结果表明：观测期间徐州站PM_2.5平均质量浓度171.5μg/m³,远高于其他3个站点,4个站点最主要的离子成分均为NO₃^-,SO₄^2-,NH₄⁺,Cl^-和Ca²⁺.在同一天气系统影响下,长江三角洲大范围区域污染物浓度变化基本一致,在没有大的区域输送的静稳天气下,各站点离子浓度容易受局地源影响,徐州站受燃煤影响,南京站受化学工业源影响为主,2个站点以SO₄^2-为主,东山站三面环湖,Cl^-在静稳天气有大幅上升,达到了6.12μg/m³,寿县站受当地农业活动氨排放影响,NH₄⁺有大幅上升,达到了25.09μg/m³.4个站点PM_2.5和水溶性离子质量浓度随时间的变化趋势一致.弱高压的均压场形势下,并伴随有逆温层出现时有利于污染物的累积.主成分分析发现4个站点二次转化对PM_2.5有着最大的贡献率,4个站点贡献率分别为39.83%、42.27%、50.56%和38.40%.     

锆柱撑煤系高岭土对氟离子的吸附研究

由于炼铝、磷肥、钢铁等工业持续发展,水体氟污染逐渐成为一个全球性环境问题。吸附法因具有成本低、易操作、效果好、吸附材料来源广泛等优点,是一种相对成熟的除氟方法。煤系高岭土具有特殊的层状结构,可以通过柱撑改性表现出良好的吸附性能,用于吸附去除氟离子。对经预处理的煤系高岭土进行锆柱撑改性,制得柱撑煤系高岭土复合物,同时采用傅里叶红外光谱和X射线衍射分析对其进行表征,以分析其改性原理。此外,为了研究该柱撑煤系高岭土复合物的除氟性能,文章考察了吸附剂投土比、反应pH、吸附时间、溶液初始浓度等对吸附效果的影响,并分析了吸附去除氟离子的机理。实验结果表明,锆进入了煤系高岭土的层间结构,使其层间距增大,形成了具有特殊官能团的锆柱撑高岭土复合物,利于吸附去除氟离子。在吸附剂投加量为10 g/L、反应pH=4、氟溶液初始浓度为50 mg/g、吸附时间为3 h、温度为25℃的条件下,柱撑煤系高岭土复合物对氟离子的去除率可达98.2%。该吸附剂对氟离子的吸附等温线符合Langmuir方程,吸附动力学可用准二级动力学模型描述,属于单分子化学吸附。     

磁性GO复合材料对水溶液中Cu(Ⅱ)的去除研究

该研究利用简单的化学合成法合成新型Fe_3O_4@SiO_2/PEI修饰的氧化石墨烯磁性复合材料,并用于去除水中的Cu(Ⅱ)离子,通过Box-Behnken响应面法对pH、Cu(Ⅱ)离子的初始浓度和反应温度3个变量进行优化,得到MSPG对Cu(Ⅱ)离子吸附的最优吸附条件为初始p H为5、初始浓度80 mg/L、反应温度为40℃时,最大理论吸附量为61.48 mg/g。而在最佳条件下进行验证实验,实验值为61.55 mg/g,与理论值相近。吸附动力学研究和等温线研究表明吸附过程在6 h达到平衡,分别符合准二阶动力学模型与Freundlich等温模型,粒子内扩散并不是整个过程中唯一的速率控制步骤。热力学研究证明MSPG对Cu(Ⅱ)的吸附过程是吸热的自发过程。     

2015和2018年承德市区PM2.5排放与来源对比分析

于2015和2018年夏、冬季在承德市区采集PM_(2.5)样品,对比分析了PM_(2.5)中水溶性离子和元素的污染特征及来源。结果显示:2018年夏、冬季ρ(PM_(2.5))分别为(30. 6±15. 0),(33. 5±14. 6)μg/m3,与2015年相比,ρ(PM_(2.5))分别下降33. 8%和44. 2%,总水溶性离子浓度分别下降31. 0%和42. 8%。夏、冬季均呈现出SO2-4>NO-3>NH+4的浓度变化趋势,硫氧化率和氮氧化率分析结果显示:夏季SO2和NOx等气态前体物更易发生二次转化,高浓度前体物排放是冬季二次组分产生的主要原因;与2015年相比,2018年气态前体物的二次转化更为明显。2018年承德市区PM_(2.5)主要来自二次源(23. 382%～26. 013%)、扬尘源(19. 826%～22. 412%)和工业源(16. 329%～18. 729%)的贡献;与2015年相比,由于承德市积极推进绿色施工、煤电行业超低排放等措施,2018年扬尘源、燃煤源对市区PM_(2.5)的贡献降低,但移动源对市区PM_(2.5)的贡献有所增加。因此,建议承德市继续加强对移动源和扬尘等排放源的治理。     

天津市典型区域PM2.5中水溶性离子污染特征

为了解天津市不同区域PM_2.5中水溶性离子污染特征,于2015年7月、10月及2016年1月、4月,在天津市南开区（简称“市区”）及武清区采集PM_2.5样品,结合气象因素、气态污染物研究,分析了样品中水溶性离子污染特征及来源.结果表明:①天津市市区及武清区PM_2.5中水溶性离子组分主要为二次离子（SO₄2-、NO₃-、NH₄+）;不同区域PM_2.5中二次离子各季节占比略有不同,市区为夏季（54.0%）>秋季（42.5%）>春季（41.3%）>冬季（40.7%）,武清区为夏季（53.0%）>春季（44.6%）>秋季（43.4%）>冬季（33.2%）.②冬季市区、武清区PM_2.5中水溶性离子组成差异较大,其他季节水溶性离子组成相似;夏季市区及武清区颗粒物呈酸性,其他季节均呈碱性,冬季武清区颗粒物碱性强于市区.③不同季节市区及武清区PM_2.5中SO₄2-均以（NH₄）₂SO₄形式存在,NO₃-冬季以NH₄NO₃形式存在,其他季节NO₃-主要以NH₄NO₃和HNO₃形式共存;市区Cl-主要以NH₄Cl、KCl和NaCl形式存在,武清区Cl-主要以NH₄Cl、KCl形式存在.④对市区及武清区来说,均相反应和非均相反应是SO₄2-重要生成途径,均相反应是生成NO₃-的主要途径.研究显示,代表一次排放的机动车源、燃煤源和二次无机粒子混合源对天津市PM_2.5中水溶性离子贡献率最高,工业源和扬尘源对市区的影响较大,农业源对武清区的影响较大.      

炼焦过程及周边环境颗粒物中水溶性无机离子特征

为明确炼焦过程排放颗粒物及周边环境颗粒物中水溶性无机离子的污染特征,于2012年5月利用改良的标准大体积总悬浮颗粒采样器采集燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气TSP（total suspended particulates,总悬浮颗粒物）样品,使用Staplex234大流量采样器采集焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气PM_1.4样品,采用ICS-90离子色谱仪测试样品中SO₄2-、NH₄+、Ca2+、Cl-、NO₃-、F-、Mg2+、K+、Na+共9种水溶性无机离子.结果表明:SO₄2-为炼焦过程排放的特征离子.炼焦过程燃烧室废气烟囱排放的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最高,为（5 493±901）μg/m3;其次为焦炉顶无组织排放的TSP,其总水溶性无机离子质量浓度为（902±222）μg/m3;焦炉周边环境空气的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最低,为（712±288）μg/m3.SO₄2-为燃烧室废气烟囱排放TSP与燃煤锅炉烟气排放颗粒物中共有的主要特征离子,但与燃煤锅炉烟气相比,燃烧室废气烟囱排放的w（SO₄2-）略低,w（F-）则相反.NH₄+较易富集于焦炉顶无组织排放的细颗粒物中,而SO₄2-则较易富集于粗颗粒物中.研究显示,炼焦过程及焦炉周边环境空气颗粒物中9种水溶性无机离子分布特征不同,SO₄2-是燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放的TSP中质量浓度最高的水溶性无机离子.      

海藻酸钠固定化污泥基生物质炭对铜的吸附性能研究

以城市污水厂的剩余污泥为原料制备生物质炭(SC),采用海藻酸钠加以固定使其成为污泥基生物质炭(SASC),通过正交试验确定SASC最佳制备工艺,考察吸附时间、铜离子的浓度、pH值、温度、转速、投加量对SASC吸附Cu~(2+)效果的影响。结果表明制备SASC的最佳条件是:海藻酸钠浓度为1.5%、包炭量为2%、CaCl_2浓度为1%、交联时间为0.5 h。在pH为5.0、温度为30℃、转速为150 r/min、投加量为0.24 g/mg、吸附时间为4 h的条件下Cu~(2+)去除率高达98.73%。SASC对Cu~(2+)的吸附机理服从准二级动力学方程,吸附等温线服从Freundlich方程,Cu~(2+)在SASC上的吸附为多层吸附。