污泥含碳有机官能团分布及其模型化合物构建

污泥有机结构体系中碳属于活泼元素,化学活性较强,能源转化处理过程时易发生热化学反应,对污泥能源转化产物的化学特征及生成规律有重大影响.本研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）开展了污泥含碳官能团分布特征分析,污泥中的主要含碳官能团为烯基（C-C）、苯环（π-π^*）、醚（C-O-C）、羧基（-COOH）.基于污泥中主要含碳官能团分布和污水中常见有机物组成,构建了污泥典型含碳官能团模型化合物：间二甲苯（π-π^*）,四氢呋喃（C-O-C）,乙酸（-COOH）和环戊烯（C=C）.此外采用热解仪与气相色谱/质谱联用技术（Py-GC/MS）对比分析了不同温度下污泥与含碳模型化合物的热解规律,验证了所构建的含碳模型化合物基本合理可靠.     

含氮消毒副产物卤乙酰胺的水解特性

为探究高毒性含氮消毒副产物HAcAms（卤乙酰胺）的水解特性,选取水中普遍存在的2种溴代HAcAms[BCAcAm（溴氯乙酰胺）、DBAcAm（二溴乙酰胺）]与2种氯代HAcAms[DCAcAm（二氯乙酰胺）、TCAcAm（三氯乙酰胺）]作为研究对象,研究pH、初始ρ（HAcAms）、温度、氯消毒剂和氯胺消毒剂等因素对HAcAms稳定性的影响.结果表明:①4种HAcAms在pH为5和7时较稳定,在pH为8~10下发生碱性催化水解反应,并且水解速率随pH升高而增加.②相同碱性环境中,4种HAcAms的水解速率大小依次为TCAcAm > DCAcAm > BCAcAm > DBAcAm,并且初始ρ（HAcAms）（30~150 μg/L）越小,温度（25~35℃）越高,HAcAms水解速率越大.③中性条件下,4种HAcAms在ρ（NaClO）（NaClO为次氯酸钠）为1~5 mg/L时均迅速氯化分解,并且分解速率随ρ（NaClO）增加而增大,4种HAcAms分解速率的大小规律与其碱性水解速率大小规律一致.④当pH为7时,4种HAcAms在ρ（NH₂Cl）（NH₂Cl为一氯胺）为0.5~5 mg/L下较稳定.研究显示,水中HAcAms在高pH、低初始ρ（HAcAms）、高温及氯消毒剂存在的条件下易水解,其中溴代HAcAms比氯代HAcAms更稳定,其在饮用水与再生水中的风险更需要重视.      

高藻水臭氧预氧化过程有机物转化及消毒副产物生成势

研究了高藻水预氧化处理过程中,不同臭氧氧化程度及不同pH值条件下,藻类有机物释放与转化规律以及氯化消毒副产物(DBPs)的生成特性.结果表明,臭氧投加量为28.92 mg·L-1时藻去除率达36%.随着臭氧投加量的增加,藻的去除率进一步增加,类腐殖酸先增加后持续减少,溶解性微生物代谢产物、类富里酸和类芳香蛋白物质持续减少;低投加量的臭氧对二氯乙腈(DCAN)、三氯乙腈(TCAN)生成势有明显的控制作用,但会增加三氯硝基甲烷(TCNM)以及1,1,1-三氯丙酮(1,1,1-TCP)前体物,随臭氧投加量增大,DBPs生成势显著增大.酸性条件下臭氧对藻的去除效果最好,UV254以及总有机碳(DOC)均随pH的增大有所上升,但变化较小;臭氧氧化可降解溶解性微生物代谢产物,降解效果受pH影响较小,类腐殖酸有机物随pH值增大而减少;DCAN、TCAN生成势随pH增大有所降低,TCNM生成势在pH=10条件下最高,1,1,1-TCP生成势在pH=7条件下最高.     

长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究

采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对典型稻田生态系统长期定位试验的土壤有机质(SOM)结构进行分析,探讨不同施肥处理下表层与深层土壤有机质的分布差异及其稳定性机制.结果表明,长期不同施肥措施下稻田表层土壤有机碳(SOC)含量以有机-无机肥配施处理最高,其中高量有机肥(HOM)、低量有机肥(LOM)和秸秆还田(STW)处理较对照(CK)处理分别增加了18.5%、12.9%和18.4%.土壤有机质的化学结构也存在一定的差异性,与CK相比,施肥处理均增加了土壤中化学抗性化合物(脂族性、芳香族)、碳水化合物以及有机硅化合物的官能团吸收强度,其中HOM、LOM和STW处理最为明显.以烷烃类化合物为例,HOM、LOM和STW处理下其吸收强度为0.30、0.25和0.29,较CK分别增加了87%、56%和81%.表层土壤有机质各官能团的吸收峰强度皆高于深层土壤,同样以HOM、LOM和STW处理的差异最显著.本研究结果揭示了长期有机-无机肥配施下对亚热带稻田土壤有机质较丰富的化学抗性官能团结构的影响,贡献于其较高的有机质含量,这也从一方面揭示了稻田土壤有机质积累的化学稳定机制.     

老化作用对微塑料吸附四环素的影响及其机制

微塑料（MPs）和抗生素同为新型污染物,微塑料可以在水环境中吸附抗生素并作为其载体而共同迁移,而微塑料会在环境中不断地老化,其吸附能力和吸附机制也会随之改变.以聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）为目标MPs,通过紫外法（UV-254）进行照射,对比老化前后微塑料颜色、表面形态和官能团等理化特性改变,以及其对四环素（TC）吸附的影响,探讨了相关影响机制.结果表明,准二级动力学模型能较好地模拟吸附过程,在24 h内达到吸附平衡,老化微塑料对TC的吸附量明显高于原始微塑料,且PS的吸附量高于PE.Langmuir和Freundlich等温吸附方程均能较好地描述吸附等温试验数据,TC在微塑料上的吸附是自发的和吸热的物理吸附过程,老化作用对微塑料吸附热力学特性无明显影响.随着pH值的增加,吸附量先增大后减小,老化前后的微塑料均在pH=5时达到最大吸附量.紫外老化增加了微塑料的比表面积,生成了—C＝O、—OH和O＝C＝O等含氧官能团,改变了微塑料的理化特性,从而改变了微塑料对TC的吸附机制：相比原始PE微塑料,老化PE除了疏水分配、范德华力和静电作用外,孔填充也是吸附的重要机制;原始PS微塑料的主要吸附机制为疏水分配、范德华力、π-π作用和静电作用,老化PS则增加了氢键和孔填充作用.     

饮用水中卤代硝基甲烷的分布特点、来源及毒性研究进展

卤代硝基甲烷（HNMs）是饮用水消毒过程中常见的一类含氮消毒副产物（N-DBPs）,相比已受监管的消毒副产物（DBPs）具有更强的细胞毒性和遗传毒性.本文简述了HNMs在水中分布特点和来源,并从致突变性、细胞毒性、遗传毒性、致癌性等方面总结了其毒性效应和毒性机制,以期引起广大人群对HNMs的关注,为饮用水安全保障和HNMs控制提供科学参考依据.     

外绝缘用液体硅橡胶老化现象的微观表征

本文针对近年来出现在一些变电站SF6电压、电流互感器的液体硅橡胶绝缘护套出现龟裂老化这一现象,对发生老化的硅橡胶材料进行了性能测试和试验,并利用红外光谱分析、XPS分析、热失重等手段分析了其微观结构和物质组成的变化。研究发现老化后的液体硅橡胶中Si-C、Si-O官能团和Si、C、O元素的相对含量发生了变化,且随着老化程度的增加呈现出较为明显的规律,老化越严重,Si-C键含量越少,C元素的含量越少,O元素含量越多。本文认为,用官能团含量、元素相对含量可以准确地表征液体硅橡胶材料的老化程度。通过对不同老化程度的液体硅橡胶进行的憎水性、耐漏电起痕性能的试验也证实了本文的观点。     

玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能

为探明玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能,研究了其对NH₄⁺-N、NO₃^--N和NO₂^--N的吸附动力学过程;并用等温吸附模型对NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程进行拟合,探讨制得生物炭对无机氮的吸附机理.结果表明,400℃和600℃制得玉米秸秆和玉米芯生物炭均呈碱性,表现为400℃ < 600℃;同种原材料,与400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭碱性含氧官能团数量较多,而酸性含氧官能团数量较少.400℃制得生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭的平衡吸附量分别为4.22和4.09mg/g);而600℃制得生物炭对NO₃^--N和NO₂^--N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO₃^--N的平衡吸附量分别为0.73和0.63mg/g;对NO₂^--N的平衡吸附量分别为0.55和0.35mg/g).与NO₃^--N和NO₂^--N相比,玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH₄⁺-N的吸附能力更强,4种生物炭对NH₄⁺-N的平衡吸附量是NO₃^--N/NO₂^--N的4.29~20.2倍.等温吸附模型拟合研究表明,玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸附过程均可用Freundlich模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子层吸附.     

酸改性对褐煤半焦脱除烟气中元素态汞性能的影响

为减少燃煤烟气中零价汞的排放,利用HCl和HNO3溶液对褐煤半焦改性研制了一种高效、低成本的吸附剂.运用酸碱滴定、Boehm滴定、BET、SEM和FTIR等技术对半焦吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附实验装置及烟气测汞仪在线考察了半焦吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明,酸改性使半焦灰分含量降低,增加了半焦比表面积和羧基、酚羟基等官能团含量.酸改性处理可提高半焦对元素态单质汞的脱除效率,特别是盐酸溶液改性褐煤半焦可使吸附温度为140℃时的脱汞效率显著提高,这与改性半焦表面羧基、酚羟基和C-Cl官能团的含量及性质有关,半焦表面这些官能团能为Hg0的化学吸附提供活性位.     

水热炭化对吸附处理染料废水产生的废活性炭的再生效果

为实现废粉末活性炭的循环利用,采用水热炭化对吸附处理染料废水产生的废粉末活性炭进行再生,考察了水热炭化再生温度、再生时间、初始pH和再生次数等因素对废粉末活性炭再生效果的影响.结果表明:将320℃的水热条件下反应8 h得到的再生粉末活性炭用于吸附处理染料废水,色度去除率在95%左右,废粉末活性炭再生率可超过60%,且酸性条件下更有利于活性炭再生.经过5次吸附再生循环,废粉末活性炭再生率为55.54%,再生率仅下降6.06%.红外光谱分析结果表明,新粉末活性炭、废粉末活性炭和再生粉末活性炭的官能团种类基本一致;表面官能团Boehm滴定测定结果显示,再生粉末活性炭表面碱性基团含量降低、酸性基团含量增加.由于升温改变了废粉末活性炭的吸附平衡,有机物从其表面脱附,部分有机物在再生液中降解;此外,废粉末活性炭表面不易挥发和脱附的有机物在高温高压下炭化所得的产物能进一步吸附有机物,因此导致了废粉末活性炭的再生.研究显示,水热炭化对废粉末活性炭有较好的再生效果,具有实际应用价值.