高岭土负载纳米铁在含水层的运移行为及重金属污染修复效能研究

为克服重金属污染物修复过程中纳米零价铁易氧化、团聚等缺陷,本研究将其负载于高岭土表面合成负载型纳米零价铁复合材料（K-nZVI）,并利用批次试验、沉降试验及模拟柱试验研究了K-nZVI在含水层中的运移行为及其对地下水重金属污染的修复效能.结果表明,K-nZVI对Pb、Cu、Cd均有很好的去除效果,去除率随着初始浓度的增加、反应温度的升高、反应时间的延长而升高,且在弱碱性条件下修复效果最好.此外,K-nZVI在含水层中表现出较好的分散和稳定性能,运移行为可通过一维对流-弥散-沉积模型描述,其运移能力随着初始浓度的增加、砂颗粒粒径的减小、地下水流速的降低和离子浓度的升高而逐渐减弱.     

1株肠杆菌与硫肥联合施用对水稻积累镉砷的影响

为探究不同硫肥联合硫酸盐还原菌在长期淹水条件下对水稻积累镉（Cd）和砷（As）,以及对根表铁膜形成的影响,为中轻度Cd-As复合污染稻田安全生产提供参考.采用盆栽试验的方法,选取了硫磺和硫酸钙两种硫肥及具有硫酸盐还原能力的肠杆菌M5,设计单一施用及不同硫肥与菌株联合施用共6个处理.结果显示,同时基施硫酸钙和菌株的处理（CM5）降低水稻根际土中有效态Cd和As的效果均最好.淹水条件下基施硫肥或菌株会使早稻籽粒中Cd含量降低8%~51%,无机As含量降低42%~61%;使晚稻籽粒中Cd含量降低81%~92%,无机As含量降低41%~62%.其中,同时基施硫磺和菌株的处理（SM5）和CM5处理降低早、晚稻籽粒中Cd、As含量效果均最佳.SM5处理和CM5处理能促进水稻根表铁膜对Cd、As的吸附,二者ACA提取态Cd和As含量较CK显著增加,且CM5处理ACA提取态铁含量较CK也显著增加,说明同时基施硫酸钙和菌株会促进水稻根表铁膜的形成.结果表明,硫肥和菌株联合施用相较单一施用降低籽粒中Cd、As含量的效果更好,而同时基施硫酸钙和菌株是效果最佳且最为稳定的方法.     

Watering techniques and zero-valent iron biochar pH effects on As and Cd concentrations in rice rhizosphere soils, tissues and yield

Zero-valent iron amended biochar (ZVIB) has been proposed as a promising material in immobilizing heavy metals in paddy fields. In this study, the impacts of pH of ZVIB (pH 6.3 and pH 9.7) and watering management techniques (watering amount in the order of CON (control, 5/72)>3/72>1–3/72>3/100>1/72, with 5/72, for example, representing irrigation given to 5 cm above soil surface in 72 hr regular interval) on As and Cd bioavailability for rice and its grain yield (Yield_BR) were investigated in a pot experiment. Brown rice As (As_BR) content was irrelative to the watering treatments, while significantly decreased (>50%) with the addition of both ZVIB materials. The diminutions of brown rice Cd (Cd_BR) content as well as the Yield_BR were highly dependent on both the soil amendment materials’ pH and watering amount. Among all the watering treatments, 3/72 treatment (15% less irrigation water than the CON) with ZVIB 6.3 amendment was the optimum fit for simultaneous reduction of As_BR (50%) and Cd_BR contents (19%) as well as for significant increment (12%) of the Yield_BR. Although high pH (9.7) ZVIB application could also efficiently decrease As and Cd contents in brown rice, it might risk grain yield lost if appropriate (e.g. 3/72 in our study) watering management technique was not chosen. Therefore, ZVIB would be an environmentally friendly option as an amendment material with proper selection of watering management technique to utilize As and Cd co-contaminated arable soils safely for paddy cultivation.     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

A highly porous animal bone-derived char with a superiority of promoting nZVI for Cr(VI) sequestration in agricultural soils

Paddy soil and irrigation water are commonly contaminated with hexavalent chromium [Cr(VI)] near urban industrial areas, thereby threatening the safety of agricultural products and human health. In this study, we develop a porous and high specific area bone char (BC) to support nanoscale zero-valent iron (nZVI) and apply it to remediate Cr(VI) pollution in water and paddy soil under anaerobic conditions. The batch experiments reveal that BC/nZVI exhibits a higher removal capacity of 516.7 mg/(g?nZVI) for Cr(VI) than nZVI when normalized to the actual nZVI content, which is 2.8 times that of nZVI; moreover, the highest nZVI utilization is the nZVI loading of 15% (BC/nZVI15). The Cr(VI) removal efficiency of BC/nZVI15 decreases with increasing pH (4 – 10). Coexisting ions (phosphate and carbonate) and humic acid can inhibit the removal of Cr(VI) with BC/nZVI15. Additionally, BC exhibits a strong advantage in promoting Cr(VI) removal by nZVI compared to the widely used biochar and activated carbon. Our results demonstrate that reduction and coprecipitation are the dominant Cr(VI) removal mechanisms. Furthermore, BC/nZVI15 shows a significantly higher reduction and removal efficiency as well as a strong anti-interference ability for Cr(VI) in paddy soil, as compared to nZVI. These findings provide a new effective material for remediating Cr(VI) pollution from water and soil.     

中国矿产资源基地划定指标体系构建与应用——以铁矿为例

矿产资源基地是优化中国矿产资源勘查开发布局、保障国内资源有效供应的战略核心区域。在分析基地布局影响因素的基础上,从资源基础、开发条件、市场需求和国家战略等方面构建了矿产资源基地划定指标体系。其中资源基础包括预测资源量、查明资源储量和设计开采规模,开发条件包括缺水程度和交通优势度,市场需求包括后续冶炼加工企业布局与产值,国家战略主要体现为区域协调发展战略对矿产资源基地布局的要求。在此基础上,以铁矿为例开展了实证研究,采用聚类分析、核密度估计等方法对各单项指标进行了分析评价,在全国识别了辽宁鞍山—本溪等12个铁矿资源基地。研究结果可以为“十四五”时期中国矿产资源基地调整优化提供参考,对其他矿产资源空间政策区的划定具有一定借鉴意义。     

磷酸盐对硫化亚铁(FeS)吸附Sb(Ⅲ)的影响机理研究

还原环境(如湖泊、海洋沉积物)中,FeS是重金属的重要载体。在富营养化过程中,磷酸盐可能对重金属在FeS上的吸附行为产生重要影响。本文通过不同pH、磷酸盐浓度的批次试验,结合X射线衍射仪(XRD)和场发射透射电子电镜-能谱仪(TEM-EDS)固体分析手段,进行磷酸盐对FeS吸附Sb(Ⅲ)的影响研究。结果表明:酸性和中性条件下,磷酸盐会与FeS溶解释放的Fe(Ⅱ)反应生成磷酸亚铁沉淀,促进FeS溶解,同时释放出更多的H₂S(aq)/HS^-与Sb(Ⅲ)结合形成Sb₂S₃沉淀,从而促进溶液中Sb(Ⅲ)的吸附。碱性条件下,FeS对Sb(Ⅲ)只有吸附作用,而磷酸盐会占据FeS表面部分的吸附位点,与Sb(Ⅲ)形成竞争关系,进而抑制溶液中Sb(Ⅲ)的吸附。     

改性生物炭负载零价铁对土壤中三氯乙烯的去除及微生物响应

三氯乙烯是场地及地下水中广泛存在的典型有机污染物,生物炭基零价铁材料可用于去除地下水中三氯乙烯,然而其也会影响含水层土壤的微生物群落,进而改变三氯乙烯的归趋.通过限氧控温热解,NaOH和HNO₃改性处理,并采用球磨法合成了改性生物炭负载零价铁复合材料,研究了不同改性生物炭负载零价铁对模拟含水层土壤中三氯乙烯的去除及微生物群落的作用机制.结果表明,NaOH改性显著提高了复合材料的比表面积.NaOH改性和Fe/BC为1∶10的复合材料(BC＿2处理组)对三氯乙烯的去除率最高,为90.01%.除BC＿1处理组外,不同处理组均提高了土壤微生物的多样性,改变了微生物群落结构,其中芽孢杆菌属(Bacillus)、硫杆菌属(Thiobacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas)可能是三氯乙烯的降解菌属.BC＿2处理组增加了土壤中硫杆菌属和假单胞菌属的相对丰度,有利于三氯乙烯的降解.类诺卡氏菌属(Nocardioideas)、Thermincola、溶杆菌属(Lysobacter)、Gemmatimonas、Microvirga和假单胞菌属维持了微生物群落结构的稳定.微...     

施加Fe3O4/桑树杆生物炭对土壤砷形态和水稻砷含量的影响

以桑树杆为生物炭原料,制备Fe₃ O₄/桑树杆生物炭(Fe-MBC).通过土壤培养试验,研究不同炭化温度下制备的Fe-MBC对土壤有效态As含量的钝化效果,筛选出钝化效果好的Fe-MBC-800(800℃下炭化制备)并对其进行表征.通过盆栽试验,研究Fe-MBC-800添加比例为1%~7%(质量分数)时,其对种植水稻后土壤pH值、土壤电导率(EC)、土壤As形态、水稻生物量和水稻总As含量的影响.结果表明:①Fe-MBC-800成功负载了Fe₃ O₄,其主要官能团有C=O双键、O-H键、C-O键和Fe-O键; Fe-MBC-800、MBC-800和Fe₃ O₄的比表面积分别为209.659、517.714和68.025 m² ·g^-1.②添加Fe-MBC-800可提高土壤pH值,降低土壤EC值,提高土壤残渣态As含量,降低土壤水溶态As含量和土壤有效态As含量; 土壤中添加7%的Fe-MBC-800后,水溶态As含量和土壤有效态As含量分别降低了81.6%和56.33%.③土壤中Fe-MBC-800的添加比例为5%~7%时,能促进水稻植株的生长,提高水稻生物量,使水稻植株As的累积降低了62.5%~68.75%.     

Fe0/海藻酸钙微球还原-Fenton氧化协同降解酸性红B

以海藻酸钠为固定基质制备了Fe~0/海藻酸钙微球,探讨基于Fe~0/海藻酸钙微球对染料还原-Fenton氧化协同降解转化的特性及机制.通过FT-IR、SEM、BET、XPS等方法对材料进行了表征,考察了不同还原氧化体系、Fe~0/海藻酸钙微球投加量、溶液p H等因素对酸性红B(ARB)降解效果的影响,以及Fe~0/海藻酸钙微球还原-氧化过程中Fe~0的稳定性和海藻酸钙微球重复催化性能.结果表明,Fe~0/海藻酸钙微球的多级孔道结构对染料有一定的吸附作用.在Fe~0/海藻酸钙微球还原染料阶段中,Fe~0投加量为0. 24 g·L-1,溶液初始p H为2. 96时,180 min后ARB的色度去除率可达到96. 8%.在后续的Fenton氧化阶段,加入10. 75 mmol·L-1H2O2后,ARB色度去除率达到99%,矿化程度提高至64. 7%.与Fe~0/海藻酸钙微球还原体系和Fe3+/海藻酸钙微球Fenton氧化体系相比,Fe~0/海藻酸钙微球还原-Fenton氧化协同体系能够实现ARB的有效脱色和矿化.由于海藻酸钙中羧基对Fe2+/Fe3+的配位作用,Fe离子从微球中转移到溶液中的量为微球中总铁量的3. 9%左右.由于Fe离子能够较好地固定在海藻酸钙微球中,在p H较高条件下,减少了Fe氢氧化物的生成,Fenton反应能够在较宽p H范围内进行,含有Fe2+/Fe3+的海藻酸钙微球表现出较好的重复催化氧化性能.因此,Fe~0/海藻酸钙微球还原-Fenton氧化协同技术为染料废水的处理提供了一种较好的解决方案.