Elemental and spectroscopic characterization of fractions of an acidic extract of oil sands process water

‘Naphthenic acids’ (NAs) in petroleum produced water and oil sands process water (OSPW), have been implicated in toxicological effects. However, many are not well characterized. A method for fractionation of NAs of an OSPW was used herein and a multi-method characterization of the fractions conducted.     

克劳氏芽孢杆菌(Bacillus clausii S-4)吸附Zn2+的研究

为了验证生物吸附剂去除废水中重金属离子Zn2+的可行性,筛选了一株高效吸附Zn2+的微生物菌株克劳氏芽孢杆菌Bacillus clausii S-4。采用火焰原子吸收、红外光谱和扫描电镜能谱分析,对这种新型生物吸附剂在水相中吸附Zn2+的性能和机理进行了研究。结果表明,B. clausii S-4菌体在20 ℃、30 ℃、40 ℃条件下,吸附Zn2+的最佳pH为4.5,吸附容量为57.5 mg/g,吸附容量随温度的升高而增加,吸附过程是吸热反应,吸附平衡时间约30 min。吸附前后,B. clausii S-4菌体表面上的化学官能团和金属离子发生了明显的变化,—OH、—NH+4、—COOH、（—CO—NH—）、—C6H5等官能团可能参与了吸附过程。0.1 mol/L HNO3、HCl和EDTA对锌的解吸附效果较好。在矿山废水中,B. clausii S-4菌体对Zn2+的吸附效果也比较理想,显示出其潜在的应用价值。     

污水中溶解性有机氮类化合物的氯化反应特性及其消毒副产物生成潜能

为探讨城市污水厂二级出水中溶解性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)类化合物的氯化消毒副产物生成潜能及其化学结构变化,首先测定DON、溶解性有机炭(dissolved organic carbon,DOC)、NH4+-N和UV254等指标以及与氯反应前后DON相对分子质量分布,并采用气相色谱测定消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)质量浓度,最后应用红外光谱和三维荧光光谱对与氯反应前后的水样进行表征.结果表明,城市污水厂二级出水中DON、DOC、UV254和NH4+-N分别为2.47mg·L-1、14.45 mg·L-1、15.88 m-1和5.42 mg·L-1,DOC与DON比值[m(DOC)/m(DON)]为5.85 mg·mg-1,SUVA为1.09L·(m·mg)-1;与氯反应后,小相对分子质量(Mr<6 000)DON所占比例由70%提高到78%,大相对分子质量(Mr>20 000)DON所占比例从21%降到14%,占较小比例的中等相对分子质量(Mr6 000～20 000)DON基本不变;氯化消毒副产物生成潜能中一氯一溴乙腈(BCAN)质量浓度最大为6.887μg·L-1,三氯乙腈(TCAN)质量浓度最小仅为0.217μg·L-1;与氯反应前,水样的红外光谱出现6个主要吸收区域分别在3 500～3 400、2 260～2 200、1 700～1 640、1 500～1 450、1 150～1 100和850～800 cm-1;与氯反应后水样的红外光谱在1 380～1 350 cm-1和600～550 cm-1增加两个吸收区域;三维荧光光谱证实,与氯反应前后水样中变化与3个主要特征峰有关,分别代表色氨酸类蛋白质、芳香族类蛋白质和富里酸类等物质.     

Emergency response plan for boiler explosion with toxic chemical releases at Nan-Kung industrial park in central Taiwan

A large amount of hazardous materials and equipment has been extensively employed to produce useful chemicals for our daily lives, but many serious accidents, such as fires, explosions, toxic releases, and so on, that harm human beings and impact the environment have occurred during preparation, operation, and transportation of these chemicals. On 17 May 2007, a toxic release from a boiler explosion in a chemical firm triggered a large amount of xylene (7 ton), isopropanol (8 ton), phosphorus trichloride (44.7 ton), and dimethyl formamide (DMF) (1.37 ton) to be released to the atmosphere with total damages of 2000 m² level ground. Through concerted efforts from the Yunlin Emergency Response Information Center (YERIC), sponsored by the Environmental Protection Administration (EPA) of Taiwan and other government sectors, this accident was eventually well controlled after 37 h with 107 people being involved in the rescue action. This study could be applied to lessen the degree of hazard for relevant accidents with an emergency response plan (ERP), and, via Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and photo ionization detector (PID) the toxic concentrations of airborne chemicals that occurred in the industrial area could be analyzed.     

谷壳的差热红外扫描电镜分析及对铜铅离子的生物吸附研究

用差热分析(DTG-DTA)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM/EDS)等方法对谷壳的质量随温度上升而变化的情况、表面的官能团、表面形态及主要元素构成等进行了分析,并研究了谷壳对水溶液中Cu2+、pb2+的生物吸附作用.加热170℃时谷壳质量损失约6%,至170～290℃时质量损失约45%,至500℃时质量仅余约11%.在320℃、440℃分别有2个放热峰.谷壳的红外吸收光谱图主要由碳水化合物如木质素、纤维素等的吸收带组成.红外光谱分析表明,1735 cm-1和1615 cm-1处的吸收峰为不同C=O的伸缩振动峰;1515 cm-1处为苯环的骨架振动峰,而1243 cm-1处是苯羟基中C—O的伸缩振动峰.1456 cm-1处的吸收峰为CH3-和CH2-的弯曲振动峰,1374 cm-1处是甲基的弯曲振动峰.SEM/EDS分析表明,谷壳表面粗糙,且主要由碳氧硅铝元素构成.结果表明,吸附时间、溶液pH、吸附剂用量、金属离子初始浓度及Na+和Ca2+离子对吸附均有影响.谷壳对Cu2+、Pb2+的吸附在30min基本达到平衡,在pH为5左右吸附效果较好,Ca2+对吸附的影响比Na+严重.随初始浓度的增加,吸附量增大,且吸附可用Langmuir方程描述.在本实验条件下,谷壳对Cu2+、Pb2+的最大吸附量分别为3.46 mg·L-1、12.5mg·L-1.一种金属离子的存在能显著降低谷壳对另一种金属离子的吸附,且pb2+对Cu2+的影响较Cu2+对pb2+的影响更严重.单一体系和混合体系的实验结果表明,谷壳对单一体系中Cu2+、Pb2+的吸附能力分别大于对混合溶液中Cu2+、Pb2+的吸附能力.     

硝酸-苯乙烯混合体系的热失控特性与机制

硝酸氧化是粗苯乙烯脱色精制的关键技术,采用C600热扫描仪、VSP2绝热量热仪、ReactIR原位红外光谱(FTIR)仪等测试装备,结合ReaxFF分子动力学模拟方法,研究反应体系的热稳定性、绝热失控特性、失控动力学与失控引发机制。结果表明:苯乙烯自聚失控自加速起始温度(θ₀)为132 ℃,绝热温升(Δθ_ad)为209 ℃,最高失控压力(P_max)为1.2 MPa,表观活化能(Ea)为131.3 kJ/mol,反应级数(n)为3.6。体系中含有硝酸时失控过程分为2段,第1阶段为苯乙烯侧链氧化反应,θ₀为51 ℃,Δθ_ad为70 ℃,Ea为71.3 kJ/mol,n为0.3;第2阶段为苯乙烯自聚失控,θ₀为131 ℃,Δθ_ad为152 ℃,P_max为2.1 MPa。在工业生产过程中应严格控制脱色反应硝酸的配比、降低反应温度,避免硝化、氧化等副反应的发生。     

石灰软化法中海藻酸钠强化去除脱硫废水中的SO42-

以实际脱硫废水为原水,在不同石灰乳、聚合硫酸铁、海藻酸钠的复配条件下,对混凝沉淀后溶液SO₄^2-浓度、pH值、Zeta电位及矾花粒径、表面形貌、官能团和晶体结构等进行分析,探索石灰软化法中海藻酸钠强化SO₄^2-去除机理。结果表明:相比于同时投加7 g/L石灰和40 mg/L聚合硫酸铁,复配海藻酸钠可使出水SO₄^2-浓度由3991.15 mg/L降低至3238.60 mg/L(均值),pH值(均值)由9.66升高至9.69。海藻酸钠通过吸附电中和及吸附架桥作用促进胶粒的聚集,在投加量为3 mg/L时形成中值粒径30.41 μm的矾花。投加海藻酸钠形成的CaSO₄晶体更加规整,晶簇较为细小但极为密集,强化了SO₄^2-去除。红外光谱和X射线衍射分析表明,海藻酸钠的羧基(-COO^-)可能通过螯合Ca²⁺等金属离子促进石灰溶解,从而使CaSO₄结晶效果更好。正交实验结果显示,去除SO₄^2-较适宜的复配组合为石灰7 g/L+聚合硫酸铁30 mg/L+海藻酸钠2 mg/L,SO₄^2-去除率可达到80.94%。     

土壤有机质级份的红外和热重特性

用红外分析(FTIR)和热失重分析法对从三种不同利用方式下的黄泥土中提取出的FA,HA及用酸性二甲基亚砜(DMSO)和HF-HCl两种方法提取胡敏素的元素组成及结构特征进行分析,结果表明:胡敏素占腐殖质总碳的60—70%,FA和HA分别占10%和15%左右;不同利用方式下土壤的DMSO-humin,HF-humin1,HF-humin在波数2930/1640处的吸收强度比分别为1.18—1.44,0.32—0.43,0.37—0.41;DMSO-humin在78—86℃和264—282℃出现了主要的失重峰,HFhumin1和HFhumin2的主要失重峰在333—338℃和438—458℃之间,FA和HA的主要失重峰分别在300℃和359℃左右,说明用DMSO提取的胡敏素脂肪族类物质较多,缩合程度较低;而用HF-HCl提取的则含较多的芳香族类物质,缩合程度较高.     

应用过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs的生物有效性

采用过硫酸盐氧化法测定了北京市某焦化厂表层土壤中16种PAHs的生物有效性,并分析了过硫酸盐氧化前、后SOM(土壤有机质)的质量分数及其结构组成,以研究过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs生物有效性方面的可行性. 结果表明:①7个供试土壤样品中w(∑PAHs)(16种PAHs质量分数之和)为10.80~249.00 mg/kg,并以HPAHs(高分子量PAHs)为主,不同环数PAHs的质量分数与w(SOM)均呈正相关,二者关系符合对数方程(R2为0.653~0.798). ②依据过硫酸盐氧化前、后土壤中w(PAHs)的变化得到PAHs的生物有效性,其中,2~3环PAHs的生物有效性平均值为0.46,略高于4环PAHs(0.22)和5~6环PAHs(0.28),较高w(SOM)及HPAHs均易引起焦化厂土壤中PAHs生物有效性的下降. ③过硫酸盐氧化前不同环数PAHs的质量分数与氧化后PAHs的残留量呈显著正相关(R2为0.991~0.994),故可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性. ④与过硫酸盐氧化前相比,氧化后土壤中w(SOM)平均下降23.0%,FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析结果显示,1 448 cm-1处吸收峰表征的脂肪碳可能是被氧化去除的软质碳的主要组分,氧化后SOM中的芳香碳相对吸光度增幅为0.88%~11.62%,可引起SOM的缩合程度加剧、憎水性增强. 因此,过硫酸盐氧化法能够作为测定焦化厂土壤中PAHs生物有效性的快速方法,可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性.      

蒽在几种典型土壤中的吸附行为研究

采集了黑龙江黑土、江西红壤、北京潮土、新疆灰漠土,并从中提取了胡敏酸。这些土壤和胡敏酸样品均采用红外光谱进行定性分析,并以这些土壤及其胡敏酸作为吸附剂吸附多环芳烃蒽,蒽的定量采用荧光光度法。结果表明,黑土对蒽的初期吸附速度较快,吸附50h后达到平衡。土壤及其胡敏酸对蒽的吸附均较好地符合了Freundlich模型,说明吸附属多种吸附点共同作用,每种吸附位点表现不同的吸附自由能及位点总剩余度。不同种类的土壤对蒽的吸附能力不同,吸附能力与土壤中有机质含量成正相关关系。不同来源胡敏酸对蒽的吸附能力不同,这种吸附能力的差异可能与构成该土壤胡敏酸生物大分子的某些化学基团含量不同有关。