聚硅酸对不同形态铝沉积行为的影响

针对给水管网中残余铝沉积和再溶解现象可能引起的水质问题,研究了聚硅酸对不同水解聚合形态铝沉积、再溶解的影响,并以石英微晶天平为表征手段,初步探讨了聚硅酸对不同形态铝沉积、再溶解过程影响的机理.结果表明,聚硅酸能显著改变不同水解聚合形态铝的沉积、再溶解行为.聚硅酸可与3种水解聚合形态的铝迅速结合而生成可沉积产物,但产物性质不同.以单体形态为主的Al_0与聚硅酸的反应产物性质较稳定,部分以溶解态存在,部分以非溶解态(可沉积态)存在;尽管铝的两种聚合形态Al_(13)和Al_(30)与聚硅酸反应也生成了部分可沉积产物,但随着时间的推移,这些产物又逐渐向溶解态转化.铝硅比对Al_0体系中铝的沉积溶解行为影响较小,而对Al_(13)和Al_(30)影响较大,且在0.2∶20(以Al和SiO_2计的质量比)时,沉积态铝的溶解速率最快.     

Prediction of vortex height from mechanical mixing in metal matrix nanocomposite processing by means of dimensional analysis and scaling

Mechanical mixing can be used for initial dispersion and distribution of nanoparticle agglomerates in metal matrix nanocomposite (MMNC) fabrication. As vortex height increases, flow is enhanced as well as the risk of oxidate melt contamination. The goal of this study was to examine and predict vortex height using dimensional analysis while varying fluid and the angular speed of a pitched square-blade impeller. An equation proposed by Markopoulos et al. was verified for the present experimental conditions. The relevant dimensionless numbers were the Reynolds (Re), Froude (Fr) and Galilei (Ga) numbers. A modified Fr was defined (Fr*) including the shaft and blade angles of the impeller. Experiments allowed calculation of the dimensionless numbers. Two fluids, water and 50 vol% aqueous glycerine, were used. Angular clockwise speed varied from 200 to 900 rpm in 100 rpm increments. Vortex height was measured in lateral view digital images. Correlations of the dimensionless numbers yielded, first, a linear relationship of the product of dimensionless vortex height (H) and specific gravity (ρ*) with respect to Fr*. A polynomial relationship was found between H and ReFr* for each fluid. The polynomial coefficients, in turn, follow a power law behavior with respect to Ga. This allows a prediction of vortex height in other Newtonian fluids that satisfy the single-phase isothermal flow condition. Perhaps, molten aluminum used in MMNC fabrication, can be analyzed based on a simple, room temperature, low cost transparent fluid system. For the experimental conditions in this study, the equation proposed by Markopoulos et al. was valid. The predicting methodology was verified with experimental results using 25 vol% aqueous glycerine, resulting in an absolute percent error of 5.29%, comparable and lower than an error of 9.12% obtained by predicting vortex height with Markopoulos’ equation.     

Development of chemically produced hydrogen energy-based impact bonding process for dissimilar metals

There has been a growing demand in the fabrication of dissimilar metal parts for application in the automotive, aerospace, defense, chemical and nuclear industries. Welding of dissimilar materials can be accomplished via impact welding, which can minimize the formation of a continuous inter-metallic phase, while chemically bonding dissimilar metals. This paper discusses an innovative technique for bonding dissimilar metals by chemically produced hydrogen energy by reacting aluminum powder and water. Experiments were carried out to study impact bond characteristics using copper and stainless steel cylindrical billets. The influence of nosed flyer billet angle and billet mass on bonding characteristics were studied. The test results have demonstrated that the nosed flyer billet angle has significant influence on wavy bond patterns at the interface. Among the three flyer billet nose angles of 9°, 12° and 15°, the billets with a flyer angle of 15° resulted in a complete wave morphological pattern along the whole sample cross-section. This study shows the potential of developing a cost effective system/machinery where discrete metal parts can be bonded at near net shape.     

冬季东海、南黄海中DMS和DMSP浓度分布及影响因素研究

于2011年12月~2012年1月现场测定了东海、南黄海表层海水中二甲基硫(DMS)及其前体物质二甲巯基丙酸内盐(DMSP分为溶解态DMSPd和颗粒态DMSPp)的含量,研究了它们的浓度分布规律及其影响因素,并对DMSPp的粒级分布和DMS的海-气通量进行了探讨.结果表明,表层海水中DMS、DMSPd和DMSPp的浓度分别在0.58~4.14、0.37~7.86和4.29~25.76 nmol·L-1之间,平均值分别为(2.20±0.82)、(2.12±1.66)和(11.98±6.23)nmol·L-1.DMS、DMSPp与叶绿素a(Chl-a)呈现明显的正相关关系,并且它们的周日变化趋势基本一致,说明浮游植物生物量是影响研究海域内DMS和DMSP生产分布的关键因素.另外,DMSPd浓度和总细菌丰度表现出一定的负相关,这可能是在细菌释放的DMSP裂解酶的作用下DMSPd会发生裂解生成DMS.研究发现,5~20μm的微型浮游植物是海区内Chl-a和DMSPp的主要贡献者.此外,冬季东海、南黄海表层海水DMS的海-气通量在0.61~25.52μmol·(m2·d)-1之间,平均值为(8.30±5.92)μmol·(m2·d)-1.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

重庆主城区降水中重金属的分布特征及其沉降量

于2011年12月~2012年11月,在重庆主城区设置了3个采样点,利用湿沉降自动采样器收集降水样品,用ICP-MS对样品中13种重金属进行分析,并通过引入富集因子,研究了重庆主城区降水中重金属含量分布特征、污染水平及沉降量.结果表明,重庆主城区降水中大部分重金属元素的含量水平和年沉降量高于国内其他城市和国外一些地区,其中,Cd、Pb、As含量和沉降量分别为0.55μg·L-1和0.44 mg·(m2·a)-1、37.94μg·L-1和30.25 mg·(m2·a)-1、5.65μg·L-1和4.50mg·(m2·a)-1,相对较高.另外,重庆主城区降水中重金属含量和沉降量空间差异不大,但都有明显的季节差异,含量在秋季和冬季出现较大值,而沉降量在春季和夏季出现较大值.富集因子计算结果显示,多种重金属元素的富集因子相对较高,其中Cd和Se的富集因子分别为1 740和4 133,污染较为严重.     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤呼吸的影响及其持续效应

以太岳山油松林为研究对象,对林地分别作3种凋落物处理:对照(C)、去凋(B)、去凋+切根(A),并设计了4个氮水平:对照(CK,0 kg·hm-2·a-1,以N计,下同)、低氮(LN,50 kg·hm-2·a-1)、中氮(MN,100 kg·hm-2·a-1)和高氮(HN,150 kg·hm-2·a-1),研究了土壤呼吸速率在施氮后的连续变化,以及与温度、湿度、微生物生物量C、N、土壤酶活性的关系.结果表明:去凋+切根、去凋、对照样方不同施氮水平下土壤呼吸速率基本都在施N后的第1 d处在最高峰,随即下降,切根+去凋、去凋处理样方的土壤呼吸速率在施氮后第3 d趋于稳定,而对照处理样方的土壤呼吸速率一直处于下降状态.施氮在一定程度上抑制了切根+去凋处理的土壤呼吸速率,而促进了去凋处理、对照处理的土壤呼吸速率,并且土壤微生物生物量C、N的变化与土壤呼吸速率变化一致,土壤呼吸速率与土壤酶活性、土壤湿度的拟合关系不显著(p0.05),而与土壤温度的拟合关系显著(p0.05).以土壤温度、土壤湿度构建的复合模型R s=aebTWc预测土壤呼吸的准确性高于单因子模型,施氮降低了每种凋落物处理指数关系模型(R s=aebT)的决定系数R2,并且施氮降低了切根+去凋、去凋处理的温度敏感性指数Q10,而对对照处理的Q10无明显影响.     

佛山高明河水环境多环芳烃的分布特征与通量研究

利用液液萃取法和气相色谱-质谱方法对佛山境内高明河水环境多环芳烃（PAHs）进行了测定,并对PAHs的分布特征与通量进行了初步研究.结果表明高明河水环境中16种优控PAHs的浓度范围在41.6～375.6 ng/l之间,从上游到下游总体呈递增的趋势,其下游浓度偏高可能与荷城街道较为密集的工业和人口分布有关.高明河水环境PAHs的总含量高于欧美一些低污染水域,但低于国内一些主要河流.高明河PAHs年通量约为333.8 kg.     

南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响

本研究通过对江西千烟洲香溪流域雨季氮湿沉降及径流过程进行监测,分析降雨及径流过程的各形态氮浓度变化,探讨南方红壤区氮湿沉降特征及其对流域氮输出的影响.结果表明:1 2014年雨季(3~6月)共27场降雨,产生的氮湿沉降负荷达43.64~630.59 kg,氮沉降通量为0.44~6.43 kg·hm-2,呈现出极大的季节变异性;2对其中3场降雨过程进行动态分析发现,当降雨量为8~14 mm时,流域氮沉降负荷达18.03~41.16 kg,而该地区氮湿沉降通量为0.18~0.42 kg·hm-2.其中3场次降雨事件导致流域水体的总径流量为4 189.38 m3,TN总流失负荷16.72 kg,输出通量为4.64 kg·hm-2;DTN总流失负荷为9.64 kg,输出通量为2.68 kg·hm-2;NH+4-N总流失负荷2.93 kg,输出通量为0.81 kg·hm-2;NO-3-N总流失负荷5.60 kg,输出通量为1.56 kg·hm-2.3流域氮湿沉降对流域氮输出的贡献率约为56%~94%,说明降雨对流域氮流失影响巨大,并以硝酸盐为主,流域水体中总氮浓度超过河流水体富营养化阈值(1.5 mg·L-1)存在发生富营养化的隐患.     

厦门室内多溴二苯醚的沉降通量、季节变化与人体暴露水平

室内灰尘是人体对多溴二苯醚(PBDEs)暴露的重要乃至主要途径.吸尘器收集的灰尘中PBDEs的含量与室内人员血液中该物质含量的相关性较差,不适用于估算人体暴露剂量,也不能研究其沉降通量及其季节变化,用被动采样法采集室内降尘则可弥补这些不足.在厦门市选取家庭、办公室、机房和家具厂等采样点49个,用水平放置的玻璃板(四周用洁净铝箔围起)采集一年四季的降尘样品,对降尘中PBDEs的沉降通量、含量、组成、季节变化与人体暴露水平等进行研究.厦门家庭、办公室、机房和家具厂中ΣPBDEs(16种BDE的和,含BDE-209)全年沉降通量几何均值分别为6.1、3.0、1.1和179.8ng·(m~2·d)~(-1),家庭室内ΣPBDEs沉降通量是办公室的两倍,但全年家庭室内降尘中ΣPBDEs的含量(445.5 ng·g~(-1))仅略高于办公环境(384.0 ng·g~(-1)).厦门家庭、办公室、机房ΣPBDEs年均沉降通量与国内外城市相比处于较低水平.家具厂PBDEs沉降通量远高于普通环境.秋季ΣPBDEs沉降通量最大.各类室内环境四季降尘ΣPBDEs中BDE-209的百分比几何均值都在80%以上.家庭、办公室和机房室内ΣPBDEs沉降通量和降尘通量显著相关,而家具厂ΣPBDEs沉降通量与降尘通量无显著相关性.家庭和办公室Σ_(15)PBDEs沉降通量与电脑年龄显著相关,而与电器和家具数量、装修等无统计显著相关性.室内降尘是人体对ΣPBDEs尤其是高溴BDEs的一条主要暴露途径.