Influence of particle size on the aggregation behavior of nanoparticles: Role of structural hydration layer

More and more attention has been paid to the aggregation behavior of nanoparticles, but little research has been done on the effect of particle size. Therefore, this study systematically evaluated the aggregation behavior of nano-silica particles with diameter 130–480 nm at different initial particle concentration, pH, ionic strength, and ionic valence of electrolytes. The modified Smoluchowski theory failed to describe the aggregation kinetics for nano-silica particles with diameters less than 190 nm. Besides, ionic strength, cation species and pH all affected fast aggregation rate coefficients of 130 nm nanoparticles. Through incorporating structural hydration force into the modified Smoluchowski theory, it is found that the reason for all the anomalous aggregation behavior was the different structural hydration layer thickness of nanoparticles with various sizes. The thickness decreased with increasing of particle size, and remained basically unchanged for particles larger than 190 nm. Only when the distance at primary minimum was twice the thickness of structural hydration layer, the structural hydration force dominated, leading to the higher stability of nanoparticles. This study clearly clarified the unique aggregation mechanism of nanoparticles with smaller size, which provided reference for predicting transport and fate of nanoparticles and could help facilitate the evaluation of their environment risks.     

不同温湿度条件下微米硼的氧化过程研究

目的 探究不同温湿度条件下微米硼的氧化层结构特征。方法 利用高温水浴浸泡处理去除原料微米硼的表面氧化层,然后在恒温恒湿条件下对微米硼进行加速氧化,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对加速氧化后硼颗粒的氧化层厚度及组成进行分析,总结表面氧化层结构及成分组成变化规律,揭示温湿度条件下微米硼的氧化机制。结果 微米硼经高温水浴浸泡处理后,表面氧化层去除率达到50%。随着加速氧化时间的延长,硼颗粒氧化层的厚度逐渐增大,由内向外硼颗粒表面可以用B-BxOy-B2O3三层结构来表示,BxOy总是伴随着B2O3同时出现的,且随着氧化反应的进行,颗粒表面BxOy的含量将超过B的含量。结论 不同温湿度条件下微米硼的氧化机制为O2向B颗粒内部单向扩散的反应机制,B先与O2反应,形成低氧化物BxOy,BxOy进而与O2反应生成B2O3。随着氧化层厚度的增加,O2向B颗粒内部扩散的阻力增大,氧化反应速率随之降低。相比湿度的影响,温度的升高可显著加快硼表面氧化层的形成;温度一定时,湿度的增加可促进硼氧化层的形成。     

城市污泥的低温热干燥

污泥是城市产生的重要废弃物之一,因较高的含水率而体积庞大,因此对其进行脱水和干燥是实现减量化的重要手段。低于100℃的低温热干燥方法因干燥温度较低,具有节能、减少臭气排放等优点,可有效利用工业余热、废热、太阳能,以及热效率很高的热泵干燥工艺。采用薄膜态污泥进行低温干燥,通过实验分析了在温度为50℃和70℃、表面风速为0.3~1.2 m·s-1条件下污泥质量与含水率的变化。结果表明,较低的干燥温度一定程度上延长了干燥时间,但采用薄膜形态可以缓解干燥速度减慢的问题,且可有效解决“硬壳”现象而实现等速干燥,对提高能源利用效率具有较大好处。给出了气流温度、流速、泥层厚度对干燥速度的影响,干燥消化污泥所需时间要快于同条件下的未消化污泥。还给出了2种低温干燥工艺流程,为工业应用提供借鉴。     

木质膜耦合聚合物膜的重力驱动膜过滤系统增强水源水中重金属的去除及机制

针对聚合物膜的重力驱动膜过滤系统(gravity-driven membrane filtration system,GDM)对水源水中重金属去除效率低的问题,将其与木质膜(wood membrane,WM)耦合,以环保且廉价的方式提高重金属的去除效率。本研究比较了木质膜耦合聚合物微滤(microfiltration,MF)膜的GDM系统(GDM1)和聚合物微滤膜GDM系统(GDM2)对水源水中重金属的去除效能及机制。与GDM2相比,GDM1系统在木质膜的作用下,其微滤膜(GDM1-MF)上的生物膜更薄并呈现出更疏松的网状结构,因此,膜阻力更低,稳定通量更高。稳定运行后,GDM1系统对水中Fe、Mn和Cu的去除率分别达到67%、43%和59%,均高于GDM2(64%、15%和36%)。这是由于GDM1系统生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量以及—OH和—COOH基团更多,更有利于截留重金属。此外,GDM1-MF中存在更多的锰氧化细菌、酸杆菌门Acidobacteriota和黄杆菌属Flavobacterium,促进了Mn和Cu的去除。本研究为利用GDM系统去除水中重金属提供了新的思路和方法,对推动利用GDM系统处理重金属污染水源水的应用具有重大意义。     

气象激光雷达的城市边界层探测

为了研究城市边界层结构变化特征,2005年7月利用气象激光雷达在南京城区做了城市边界层探测试验,就此次观测试验作了简要叙述并选取部分观测资料为示例,着重对气象激光雷达确定城市边界层高度垂直分布及逐时变化以及地面气象环境对边界层的日变化影响进行了初步分析.结果表明,主要由近地层对流混合形成的城市边界层高度具有典型的日变化特点,早晚比较低,日间有一个从低到高再到低的变化过程.提出了一种由边界层混合状态确定边界层高度的方法.分析结果表明,由气溶胶消光系数确定城市边界层高度比较准确.将MSL探测结果与同步的低空无线电探测仪的温度探测结果进行比较,结果表明,两者获得的实际廓线分布相当吻合,线性良好.就地表温度、辐射、湿度及云等气象要素对边界层垂直分布及时间变化的影响做了分析.结果表明,这些气象要素的分布对城市边界层高度的垂直分布及其逐时变化有明显影响.     

长期施肥对红壤稻田耕层土壤碳储量的影响

以红壤性稻田土壤为对象,研究了长期施肥（1990～2006年）对稻田表层土壤碳储量及固碳潜力的影响,讨论了耕层厚度变化对碳储量估算及处理间差异的影响.研究发现,与长期施用化肥相比,有机物的循环利用能显著提高红壤性稻田土壤碳储量,其碳储量为57.7～66.2 t/hm²,比试验前高出18.7～27.2 t/hm²,而长期施用化肥碳储量提高幅度平均为5.4 t/hm².红壤性稻田土壤饱和固碳量为84.0 t/hm²,与目前碳储量相比还有17.8～43.7 t/hm²的固碳潜力.研究证实,土壤碳储量与土壤容重和表层土壤厚度的变化密切相关,以20 cm或23 cm作为统计厚度估算表层土壤的碳储量将分别低估20.6％和11.3％,其中有机物施用处理碳储量低估幅度最大（分别为26.8％和18.9％）;另外,用相同统计厚度进行碳储量估算减小了不同施肥处理间的差异.从稻田土壤碳储量及固碳潜力来考虑,有机物配合化肥施用是红壤稻田较优的施肥方式.     

湖南罕见的一次低温雨雪冰冻灾害天气分析及预警预报

2008年1月中旬至2月初,湖南出现历史上罕见的低温、雨雪、冰冻灾害天气。对此次冰冻灾害进行了分析并与历史同期进行了比较,结果表明：此次冰冻灾害天气的主要特征是影响范围广、持续时间长、灾害强度大。＂拉尼娜＂事件和大气环流异常为此次持续的灾害性天气提供了重要的气候背景,在此背景下欧亚大气环流的持续稳定则是此次湖南持续低温雨雪灾害的直接原因。通过对这次冰冻灾害的成因分析,得出了冰冻预报的着眼点,提出了各级气象台站如何做好预报预警服务的基本思路,为冰冻灾害天气的准确预报、预警服务提供参考,对各级台站重大灾害性天气的预报服务和应急响应,具有重要的指导意义。     

生物法合成纳米铁的研究进展

纳米铁颗粒的制备技术发展迅速,方法多种多样。生物法因其具有原料来源广,反应条件温和,产物纳米级颗粒不易团聚,以及有毒副产物少等特点,成为学者们争相研究的对象。对近几年国内外采用微生物、植物提取物等合成纳米铁材料的方法及机理进行了阐述,综述了纳米铁在环保领域的应用,并对今后深入研究生物法合成纳米铁的前景进行了展望。     

粉状活性焦在双层滤料颗粒床中的脱硫试验研究

在双层滤料颗粒床模型试验台上对粒径为300～400目的粉状活性焦进行了脱硫试验,研究了温度、O2和水蒸气体积分数、气体流速、再生次数对脱硫效果的影响.试验结果表明.温度为120℃、O2体积分数为8%、水蒸气体积分数为10%条件下,脱硫效果最好;粉状活性焦在双层滤料颗粒床中经过7次重复吸附.达到硫饱和吸附量为66.2 mg/g.粉状活性焦再生试验表明,随着再生次数的增加.粉状活性焦的脱硫性能呈下降趋势.     

竹炭-微生物联合法对沼液中氨氮的去除

采用竹炭-微生物联合法,考察了竹炭用量、菌液用量、进水氨氮浓度、pH、DO、HRT等因素对氨氮废水处理效果的影响;同时采用对比实验,初步探讨了竹炭-微生物联合法处理沼液的作用机理。结果表明,竹炭-微生物法去除沼液氨氮的最优条件推荐为:竹炭用量30 g/L,微生物活性液用量3%,pH 7.0～8.0,DO为2 mg/L,HRT为48 h。竹炭-微生物法对沼液氨氮的去除过程可用一级反应动力学模型C=272.56e-0.0148描述,其去除效果来源于竹炭吸附和生物降解的协同作用,协同程度为48.45%。