新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

高温气冷堆陶瓷堆内构件热老化试验平台开发

目的 开发一种试验平台模拟高温气冷堆正常工况、氧化腐蚀工况和事故工况试验条件,研究陶瓷堆内构件的氧化腐蚀行为和长期服役热老化规律。方法 通过分析高温气冷堆陶瓷堆内构件服役环境特征,确定试验平台开发技术要求,其主要部件包括氧气流量控制器、氦气流量控制器、储气罐、反应气流量控制器、气体预热器、高温反应炉、气体循环泵、氦气纯化器、纯水罐、蠕动泵、真空泵、排气冷肼、在线气相色谱仪、在线露点仪等。结果 该试验平台可精确控制在冷却剂氦气中混入微量的O2、H2O杂质,研究反应时间、温度等因素的影响,还可模拟高温堆正常工况和蒸汽发生器传热管破裂进水事故工况条件,开展长达3 000 h以上的连续热老化试验。结论 该试验平台具有高精度、大尺寸、耐高温、耐长周期试验等优异特性,可模拟复杂多样的工况条件,开展热老化试验研究。     

高性能聚醚醚酮紫外光加速老化行为研究

目的 研究特种工程塑料聚醚醚酮(PEEK)在紫外光照射实验室加速条件下的老化行为。方法 对PEEK塑料采取紫外线光老化方式进行试验,对老化前后的样品进行外观变化、力学性能、热性能、微观结构表征与分析,明确紫外环境因素对材料的性能影响,进而确定PEEK塑料在紫外光条件下的老化行为。结果 随着紫外光老化时间的增加,PEEK样品表面变黄,颜色加深,出现鼓包与裂纹等宏观与微观损伤。样品内部力学性能、热性能、红外特征吸收峰、元素含量与价态没有明显变化,样品表面热性能下降,傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)特征吸收峰变化明显。结论 PEEK塑料表面对紫外光比较敏感,在紫外光的照射下容易发生表层的分解,短时间内不会引起材料整体热性能及力学性能的明显变化。     

严酷海洋大气环境下玻璃纤维复合材料腐蚀老化规律研究

目的 研究严酷海洋大气环境下,玻璃纤维增强树脂基复合材料的腐蚀老化规律.方法 通过实海大气环境试验,分析了南海岛礁大气环境下,复合材料暴露不同周期后的腐蚀形貌特征以及力学性能变化规律,建立了腐蚀老化性能预测灰色模型GM(1,1),并与青岛、厦门和三亚等典型海洋大气环境进行对比研究.结果 随暴露时间的增长,南海岛礁大气环境下的复合材料发生严重的纤维裸露,其弯曲强度呈下降趋势,基于弯曲强度建立的灰色模型GM(1,1)精度达到1级;与其他典型海洋大气环境相比,随着纬度的降低,复合材料的弯曲强度呈下降趋势.结论 灰色模型GM(1,1)对复合材料在岛礁等严酷海洋大气环境下的腐蚀老化性能预测精度较高.影响复合材料性能的最主要环境因素为辐照,其次为相对湿度和温度.     

退役井场老化油污土壤的生物强化修复技术

退役井场油污土壤含油量低、原油重质化严重,为恢复其土壤属性,探索原位生物强化修复技术。在分析油污土壤中原油性质和土著菌群结构的基础上,优选配伍好的外源嗜烃菌,并应用生物促进剂,以及将菌剂固定化以提升其抗环境冲击能力,提升现场生物修复效率。结果表明:井场油污土壤平均含油率为14.6 mg/g,重质组分含量达到57%,土著菌群结构中缺少降解重质组分的微生物。室内优选2株具有协同效应的重质组分降解菌,在生物促进剂用量为500 mg/L和以锯末固定外源菌条件下,降解达标时间由120 d缩减至80 d。现场开展了2700 m2场地原位修复试验,采用地耕法工艺,修复8个月后含油率由14.6 mg/g降至3.30 mg/g,达到GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》建设用地Ⅱ类用地要求。优选的重质油降解菌剂能提升原油污染物的降解速率,通过促进剂和菌剂投加方式的优化,可有效缩短修复周期。     

微塑料加速老化及分离过程的实验研究

微塑料自然老化的长期性严重限制了老化微塑料的相关研究. 为了加速微塑料老化,并提高实验室分离效果,以高密度聚乙烯微塑料(high-density polyethylene,HDPE)为试验材料,通过单紫外(UV)和紫外活化过硫酸盐(UV+P)两种方法加速模拟微塑料自然老化,并基于老化过程中微塑料特性的改变,改进分离方法. 将虹吸管插入静置分层后的澄清液面底部,打开真空抽滤机使液体缓缓注入抽滤瓶,一方面分离浮于上部的微塑料,另一方面有效过滤澄清液体中的部分微塑料,以提高样品分离效率;通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和羰基指数(carbonyl index,CI)分别表征微塑料老化前后的形貌、官能团变化和老化程度. 结果表明:①相比于UV处理的微塑料,UV+P处理的微塑料具有更强的亲水性,表现在分离时长的显著性差异上(P<0.05). ②UV和UV+P两种老化方法产生的小分子有机物,通过4次清洗达到较高的去除率,分别为95.29%、94.71%. ③该分离方法下两种老化微塑料都有较高的样品产率,分别为84.63%(UV)、86.63%(UV+P). ④通过SEM观察到,与原始微塑料相比,老化后的微塑料表面出现明显裂纹、缝隙及小孔,且两种老化方法得到的微塑料其表面形态有所差异. ⑤FTIR图谱下,老化微塑料有异于原始样品的特征峰出现,主要为羰基峰及羟基峰. ⑥CI分析表明,HDPE在5 d内即可达到较高的老化程度,此时CI分别为0.39(UV)、0.49(UV+P). 研究显示:单紫外(UV)和紫外活化过硫酸盐(UV+P)两种老化方法均能获得亲水性、表面形态和官能团有异于原始微塑料的样品;改进的分离方法能够快速、高效地获取样品.      

酸性介质对橡胶材料在盐雾环境下老化行为的影响研究

目的研究SO_2、稀硫酸两种酸性介质对橡胶材料在盐雾环境下老化行为的影响。方法以乙丙橡胶、丁腈橡胶为试验对象,分别以SO_2、稀硫酸为酸性介质,开展"SO2-盐雾"、"稀硫酸-盐雾"试验,利用宏观形貌观察、拉伸性能测试方法,结合扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱技术,分析两种酸性介质对橡胶材料老化过程的影响。结果乙丙橡胶在"SO2-盐雾"复合环境中暴露48 h后,表面由紫色变为淡蓝色;暴露12d后,表面出现密集的脱落坑和长条状的粉化带,亚甲基含量略微降低,第三单体中,残余双键特征吸收峰消失。丁腈橡胶在"SO2-盐雾"环境中暴露12d后,橡胶断裂拉伸强度保留率降低至75%,聚合物中的酰胺键、亚甲基含量显著降低。结论"SO2-盐雾"复合试验对橡胶材料的侵蚀作用更加剧烈,丁腈橡胶暴露12 d后的断裂拉伸强度损失率比在"稀硫酸-盐雾"环境下高出14.39%。SO_2气体加速了橡胶中填充剂颗粒的析出、脱落过程,造成橡胶表面出现变色、脱落等缺陷,导致橡胶材料的拉伸性能降低。     

基于电化学阻抗的航空有机涂层加速老化动力学规律研究

目的研究有机涂层的加速老化动力学规律。方法针对某飞机实际服役环境条件特点,编制有机涂层加速老化试验谱,开展0~9 a的当量加速老化试验。借助PARSTAT 4000电化学工作站,测试老化试验后涂层试件的电化学阻抗值。结果得到了不同老化周期有机涂层的Bode图、等效电路、孔隙率、吸水率和电化学阻抗,表征了加速试验条件下的老化动力学规律。结论低频阻抗|Z|0.01可以作涂层防腐蚀性能的评价指标,涂层老化过程大致可分为初期、中期和后期三个阶段,分别对应三个不同等效电路。     

外源铅在4种土壤中的老化特征及对土壤化学性质的影响

采用化学提取和梯度薄膜扩散技术(DGT)探究外源铅(Pb)在不同类型土壤中老化的形态变化规律,考察了外源Pb添加对土壤pH、阳离子交换量(CEC)和可溶性有机质(DOC)等的影响,初步建立了土壤Pb生物有效性的预测模型.结果表明:EDTA提取态Pb含量随老化时间的延长而降低;准二级动力学方程可较好地表达有效态Pb在老化过程中的动力学特征,方程的参数反映了Pb处理浓度的增加延长了老化达平衡的时间,所有供试土壤的EDTA提取态Pb含量在3个月后基本达到老化平衡;不同提取态Pb含量和变化不同,CaCl_2提取态Pb含量最少、变化最大,HNO_3提取态Pb含量变化最小;外源Pb添加会降低土壤pH,但对CEC和DOC无明显影响;随着老化时间的延长,土壤pH升高,CEC无明显变化,DOC显著降低;土壤水溶态Pb和DOC可用来预测DGT测定的有效态Pb含量,预测效果较好.     

外源Cr(Ⅲ)在我国22种典型土壤中的老化特征及关键影响因子研究

老化过程对土壤重金属有效性和毒性起着关键性作用.由于我国土壤类型的复杂性,目前对于我国土壤中铬(Cr)的老化过程、转变速率及影响Cr在土壤中老化的关键因子仍然不清楚.本研究选取了全国22种典型土壤,使用0.01 mol.L-1CaCl2作为有效态提取剂,研究我国典型土壤中外源Cr(Ⅲ)的老化过程及影响因子,为准确评价重金属污染的生态环境风险提供科学依据.结果表明,有效态Cr含量随时间先是快速下降,然后缓慢持续降低.在培养期间的前21 d下降速率快,而以后则变化比较缓慢.Elovich方程可以有效拟合有效态Cr在我国22种典型土壤中转化的动力学过程,方程的斜率参数可以作为Cr在土壤中老化速率的表征参数,并用它来比较不同土壤中Cr的老化速率快慢.老化速率与土壤性质的逐步回归分析结果表明,土壤性质中对老化速率影响最大的是有机质,其次是pH和活性氧化铁.