Aminobenzenesulfonamide functionalized SBA-15 nanoporous molecular sieve: A new and promising adsorbent for preconcentration of lead and copper ions

A rapid method for the extraction and monitoring of nanogram level of Pb²⁺ and Cu²⁺ ions using uniform silanized mesopor (SBA-15) functionalized with aminobenzenesulfonamide groups and flame atomic absorption spectrometry (FAAS) is presented. Aminobenzenesulfonamide functionalized SBA-15 was synthesized according to procedure in the literature and the presence of organic groups in the silica framework was demonstrated by FT-IR spectra. The functionalized product showed the BET surface area 110 m²/g and pore diameter 5.1 nm, based on adsorption-desorption of N₂ at 77 K. The effect of several variables such as (amount of adsorbent, stirring time, pH and presence of other ions in the medium) has been studied. Lead and copper were completely extracted at pH greater than 3 after stirring for 10 min. The maximum capacity of the adsorbent was found to be 191.3 ± 1.4 and 155.0 ± 1.0 μg of lead and copper ions/mg functionalized SBA-15, respectively. The preconcentration factor of the method was found to be 200. The detection limit of the technique was 3.4 and 0.4 ng/mL for Pb²⁺ and Cu²⁺, respectively. The applications of this methodology for real samples were examined by various water type, black tea and pepper samples.     

氧化石墨烯对亚甲基蓝和铜离子的共吸附行为研究

氧化石墨烯(GO)具有高比表面积和丰富的含氧官能团,表面存在着大量的吸附点位,被认为是去除水体污染物的高效吸附剂,而其在有机物-重金属复合污染环境中的吸附行为却鲜有报道.因此,本文采用改良Hummers法制备出GO,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)等物理表征方法对GO的形貌结构和表面官能团进行了表征.随后,侧重研究了GO对有机物及重金属污染物的单独和共吸附行为,选取亚甲基蓝(MB)与Cu(Ⅱ)作为复合污染水体的特征污染物,探讨了不同浓度Cu(Ⅱ)对MB及不同浓度MB对Cu(Ⅱ)的吸附性能的影响.结果表明,不同类型的污染物单独存在时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附量分别为29.13和424.16mg·g-1;而当上述两种污染物共存时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附性能均明显下降,这说明MB与Cu(Ⅱ)在GO表面的吸附点位存在着竞争吸附关系,并且MB对Cu(Ⅱ)吸附的抑制作用明显高于Cu(Ⅱ)对MB吸附的影响.     

苏州市PM2.5中水溶性离子的季节变化及来源分析

2015年在苏州市城区采集大气细颗粒物PM_(2.5)样品共87套,用重量法分析了PM_(2.5)的质量浓度,离子色谱法分析了颗粒物中F-、Cl-、NO_3~-、SO_4~(2-)、Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+),共9种水溶性无机离子.观测期间,苏州市PM_(2.5)的年均质量浓度为(74.26±38.01)μg·m-3,其季节特征为冬季春季秋季夏季;9种水溶性离子的总质量浓度为(43.95±23.60)μg·m~(-3),各离子的浓度高低顺序为NO_3~-SO_4~(2-)NH_4~+Na~+Cl~-K~+Ca~(2+)F-Mg~(2+);SNA(SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+三者的简称)是最主要的水溶性离子;SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+三者之间具有显著的相关性,它们在PM_(2.5)中主要是以NH_4NO_3和(NH_4)_2SO_4的结合方式存在.苏州市PM_(2.5)中水溶性离子的主要来源包括工业源、燃烧源、二次过程和建筑土壤尘等.     

多元竞争体系下的微界面动力学响应机理研究—以细颗粒泥沙吸附多元重金属离子铅、铜和镉为例

研究微界面动力学响应机理能更好地了解动力学扩散模式的内在机制.通过竞争吸附实验,采用微界面作用模式识别多元重金属离子铅、铜和镉在泥沙颗粒上的扩散模式,探究多元重金属离子的液相浓度和吸附速率变化规律,剖析多元竞争体系下的微界面动力学响应机理.结果显示,10 min前,多元竞争体系下离子的液相浓度和吸附速率变化较大,为快速吸附阶段,与扩散速率较大的膜扩散过程对应.10 min后,离子的液相浓度波动变化,吸附速率变化呈“N型”、“倒N型”、“W型”和“倒W型”特征,吸附解吸交替进行,不同竞争体系离子的液相浓度和吸附速率变化不同,进入孔隙的时间存在差异,此阶段为膜扩散和颗粒内扩散并存,不同竞争体系的离子的颗粒内扩散时间不一致.60 min后, 离子的液相浓度较稳定和吸附速率较小,微界面作用趋于稳定,为扩散速率较小的颗粒内扩散阶段.研究结果可为多元竞争体系的微观界面动力学响应机理提供理论支撑.     

Comparative toxicity of silver nanoparticles and silver ions to Escherichia coli

With the increase in silver(Ag)-based products in our lives, it is essential to test the potential toxicity of silver nanoparticles(Ag NPs) and silver ions(Ag ions) on living organisms under various conditions. Here, we investigated the toxicity of Ag NPs with Ag ions to Escherichia coli K-12 strain under various conditions. We observed that both Ag NPs and Ag ions display antibacterial activities, and that Ag ions had higher toxicity to E. coli K-12 strain than Ag NPs under the same concentrations. To understand the toxicity of Ag NPs at a cellular level, reactive oxygen species(ROS) enzymes were detected for use as antioxidant enzymatic biomarkers. We have also studied the toxicity of Ag NPs and Ag ions under various coexistence conditions including: fixed total concentration, with a varied the ratio of Ag NPs to Ag ions; fixed the Ag NPs concentration and then increased the Ag ions concentration; fixed Ag ions concentration and then increasing the Ag NPs concentration.Exposure to Ag NPs and Ag ions clearly had synergistic toxicity; however, decreased toxicity(for a fixed Ag NPs concentration of 5 mg/L, after increasing the Ag ions concentration) to E. coli K-12 strain. Ag NPs and Ag ions in the presence of L-cysteine accelerated the bacterial cell growth rate, thereby reducing the bioavailability of Ag ions released from Ag NPs under the single and coexistence conditions. Further works are needed to consider this potential for Ag NPs and Ag ions toxicity across a range of environmental conditions.Environmental Significance Statement: As silver nanoparticles(Ag NPs)-based products are being broadly used in commercial industries, an ecotoxicological understanding of the Ag NPs being released into the environment should be further considered. Here, we investigate the comparative toxicity of Ag NPs and silver ions(Ag ions) to Escherichia coli K-12 strain, a representative ecotoxicological bioreporter. This study showed that toxicities of Ag NPs and Ag ions to E. coli K-12 strain display different relationships when existing individually or when coexisting, and in the presence of L-cysteine materials. These findings suggest that the toxicology research of nanomaterials should consider conditions when NPs coexist with and without their bioavailable ions.     

北京南郊区PM2.5中水溶性无机盐季节变化及来源分析

为研究北京偏南地区细颗粒物(PM_(2.5))中水溶性无机离子的变化特征,利用大气细颗粒物快速捕集系统及化学成分分析系统RCFP-IC,于2016年对北京南郊区大兴PM_(2.5)中9种水溶性无机离子(Cl~-、NO_2~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、Na~+、NH_4~+、K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+))展开为期1 a的连续在线观测.结果表明,观测期间,9种水溶性无机离子总质量浓度为38.6μg·m~(-3),并呈现冬春高,夏秋低的特征,浓度水平高低顺序为SO_4~(2-)NO_3~-NH_4~+Ca~(2+)NO_2~-Cl~-Na~+K~+Mg~(2+);在冬季,SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+浓度占比高达75.7%;春季次之,为72.8%;夏季最低,仅为60.2%.并且随着空气污染的加剧,SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+浓度显著增加,这表明SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+与空气质量的恶化密切相关,但相比NO_3~-和NH_4~+,SO_4~(2-)在二次离子形成过程中占据主导地位;SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+存在显著的日变化特征,SO_4~(2-)统计日变化为双峰型,峰值分别出现在10:00和18:00左右,而NO_3~-和NH_4~+呈单峰型,峰值出现在10:00左右.基于后向轨迹聚类分析结果发现,对南郊区污染有影响的气团主要有3类,分别来自东南方向、西部和来自蒙古高原的高空气团,东南方向气流会加重南郊区水溶性盐的累积,而偏北气流有利于污染物扩散和稀释;基于主成分分析发现,北京南郊区水溶性盐的污染来源分别为二次源、燃煤源和土壤风沙尘及建筑扬尘的混合源.利用潜在源贡献因子分析法对南郊区冬季水溶性盐的潜在污染源区进行分析发现,影响大兴水溶性盐浓度潜在源区主要分布在南郊区的东南部.     

纳米塑料聚苯乙烯对水中铅离子的吸附行为研究

纳米塑料作为一种新兴污染物在水中可长久稳定存在,其表面吸附的重金属对水环境产生了潜在危害.本文研究了纳米塑料聚苯乙烯微球在吸附时间、溶液pH、氯化钠溶液、锰离子、温度等不同实验条件下对铅离子的吸附行为.结果表明,粒径为400 nm的单分散聚苯乙烯微球可快速吸附铅离子,吸附平衡时间约为30 min,吸附率达到53.30%.聚苯乙烯微球对铅离子的吸附动力学符合伪一级动力学,吸附等温线遵循Freundlich模型,吸附过程主要为非线性吸附.随着溶液pH的增加,铅离子平衡吸附量增加,静电作用是影响铅离子在聚苯乙烯微球上吸附的关键因素.增加溶液盐浓度,微塑料发生聚集,比表面积减小,吸附位点减少,铅离子的吸附量显著降低,在3.5%氯化钠溶液中,纳米塑料对铅离子的吸附率仅为7.5%.与重金属锰离子共存,可促进聚苯乙烯微球对铅离子的吸附.升高温度,纳米塑料对铅离子的平衡吸附量增加.     

北京大气气溶胶中水溶性离子的粒径分布和垂直分布

2004-09在北京325 m气象塔的8、80、240 m 3个不同高度,利用Andersen分级采样器同步进行了大气气溶胶采样.样品用离子色谱（IC）进行了分析.结果表明,SO₄^2-, NH⁺₄、NO^-₃、K⁺的浓度在0.43～1.1 μm出现峰值;Ca²⁺、Mg²⁺的浓度在4.7～5.8 μm出现峰值;Na⁺,Cl^-的浓度在0.65～1.1 μm和4.7～5.8 μm出现峰值.观测期间,二次离子（SO₄^2-, NH⁺₄、NO^-₃）的峰值从“凝结模态"向“液滴模态"移动,高湿度可能是形成液滴模态的重要原因.二次离子（SO₄^2-,NH⁺₄、NO^-₃）随着高度升高,浓度有增加的趋势;Ca²⁺、Mg²⁺在80 m出现高值;K⁺、Na⁺、Cl^-的垂直分布比较均匀.     

成都市大气颗粒物粒径分布及水溶性离子组成的季节变化特征

利用Anderson冲击式分级采样器,于2012年2月~2013年1月在成都市城东成都理工大学校园内按月采集了不同粒径的大气颗粒物样品,分析了颗粒物样品的质量浓度以及9种水溶性离子含量.结果表明,采样期间成都市PM_(2.1)和PM_(11)的年平均浓度分别为(125.9±56.14)μg·m~(-3)和(224.5±83.64)μg·m~(-3),颗粒物浓度冬季最高,春季次之,秋季浓度最低;成都市水溶性离子浓度平均水平为37.15μg·m~(-3),其中检测的9种离子浓度从大到小顺序依次为SO_4~(2-)NO_3~-NH_4~+Ca~(2+)Cl~-Mg~(2+)K~+Na~+F~-,SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+占总水溶性离子的78%,是主要的离子组分.SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+呈单峰分布,其主要分布于细粒子中;Ca~(2+)和F~-也呈单峰分布,但是主要分布在粗粒子中;Cl~-和K~+粒径分布相似,Mg~(2+)和Na~+分布相似,均呈双峰分布.成都市冬、春季节粗、细颗粒物中的水溶性离子浓度均明显高于夏、秋季节.结合离子相关性分析,细颗粒物中的SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+可能主要以(NH_4)_2SO_4或NH_4HSO_4、NH_4NO_3的形式存在,而粗颗粒物中的主要离子组分SO_4~(2-)、NO_3~-和Ca~(2+)则可能以Ca(NO_3)2、CaSO_4等形式存在.主成分分析结果表明,颗粒物中水溶性离子主要来自二次过程、土壤扬尘、生物质燃烧和农业源.     

成都城区PM2.5季节污染特征及来源解析

于2009—2010年各季节典型月在成都城区采集了大气PM_2.5样品,对PM_2.5的质量浓度及其主要化学成分(含碳组分、水溶性无机离子和元素)进行了测定. 结果显示:成都城区PM_2.5平均质量浓度高达(165.1±85.1)μg·m^-3,是国家环境空气质量标准年均PM_2.5限值的4.7倍. OC、EC和水溶性二次离子(SO₄^2-,NO₃^-和NH₄⁺)的平均浓度分别为(22.6±10.2)μg·m^-3,(9.0±5.4)μg·m^-3和(62.8±44.3)μg·m^-3,分别占PM_2.5浓度的13.7%、5.5%和38.0%. PM_2.5及其主要化学成分浓度季节特征明显,即秋冬季高于春夏季. 利用正交矩阵因子分析(PMF)对成都城区PM_2.5的来源进行解析,结果表明,土壤尘及扬尘、生物质燃烧、机动车源和二次硝酸盐/硫酸盐的贡献率分别为14.3%、28.0%、24.0%和31.3%. 就季节变化而言,生物质燃烧源贡献率在四个季节均维持在较高水平;土壤尘及扬尘的贡献率在春季显著提高;机动车源的贡献率在夏季中表现突出;而二次硝酸盐/硫酸盐的贡献率在秋冬季中则最为显著.