铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

直链烷基苯指示城市化过程初步研究

本研究以深圳市作为典型城市化地区代表,以直链烷基苯(LABs)作为环境分子标志物,在分析土壤LABs空间分布特征基础上,通过土壤LABs污染水平与城市化过程指标的相关分析,对直链烷基苯指示城市化过程可能性开展初步研究.结果表明,城市化过程中人口规模、用水状况、城市建设、收入与消费及产业结构这5个方面的因素与土壤中LABs污染水平均有相关性,表明环境LABs水平与城市化过程相关,可以作为环境分子标志物用于指示城市化过程.     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

中水浇灌对土壤重金属污染的影响

城市化的加快,使缺水问题更为普遍,中水用于冲厕和绿地浇灌将是未来的趋势.为研究特殊行业污水处理后用于绿地浇灌对土壤的重金属污染状况,选取以生活污水和实验室污水为水源,一体式氧化沟为处理单元的出水为浇灌用水,以包括阔叶林、灌木和草坪的小区土壤作为研究对象;采集6个样品点0~20 cm深的土壤进行Cr、Mn等8种重金属检测.结果表明,与自来水浇灌土壤对比,中水浇灌土壤的重金属含量没有显著差异;中水浇灌土壤的重金属主要在表层富集,其中铬、镍、铜、锌、铅浓度低于北京市土壤背景值;浇灌土壤中砷和镉存在轻度污染,值得关注.     

污染场地修复技术筛选方法及应用

污染场地修复技术的筛选是场地监管中的重要环节,修复技术的适用性直接影响场地修复效果及费用.确定最适修复技术时需综合考虑污染物特征、场地条件、修复费用及时间等多种因素,目前我国在污染场地修复技术筛选时多依赖专家赋值评分,在决策方法的推广上受到限制.本文在国内外相关研究基础上,考虑我国污染场地监管需求,提出土壤修复技术初筛及详细评价方法,并建立了修复技术筛选指标体系.为解决在各指标赋值及评价过程中存在的模糊性问题,利用可拓理论进行修复技术等级划分.以我国某铬渣污染场地为例,开展了土壤修复技术筛选研究,提出了最适的修复技术,研究成果可为我国污染场地监管工作提供科技支撑.     

大港工业区土壤重金属污染及生态风险评价

在前期调研与野外调查的基础上,在天津大港工业区周边采集128个表层土壤样品,测试和分析了其中10种重金属(As、Cd、Cr、Co、Cu、Pb、Ni、V、Zn和Hg)的含量,分别利用地累积指数法和地统计方法研究了重金属的污染程度和空间分布特征,并对土壤重金属的潜在生态风险进行了评价,最后对重金属的来源进行了分析.结果表明,该研究区As、Cd和Co超过天津背景值的比例最大,分别为100%、97.66%和96.88%;各种重金属的含量与2004年相比有一定程度的升高,以Cd和As的污染情况最严重,其余重金属多为中度及以下污染水平.不同用地类型中重金属的生态风险存在较大差异,西南部农业用地或与工业用地周边区域表层土壤存在较高的生态风险,综合生态危害指数最大可达1 437.37.相关性分析和主成分分析的结果表明,交通运输和农业生产可能是该研究区重金属的主要污染源,周边的工业活动对区域内重金属的累积可能也有一定影响.     

镉-八氯代二苯并呋喃复合污染土壤中紫茉莉对镉的修复能力

针对土壤重金属-持久性有机物复合污染日益严重的现象,本研究以镉(Cd)和1,2,3,4,6,7,8,9-八氯代二苯并呋喃(OCDF)为典型的重金属和持久性有机污染物,选取紫茉莉为修复植物,通过温室盆栽实验研究Cd-OCDF复合污染土壤中植物的耐性以及有机物对植物提取土壤中Cd能力的影响.结果表明种植3个月期间,紫茉莉在Cd浓度≤200 mg·kg-1的复合污染土壤中具有较强的耐性,株高和生物量降低有限;与Cd单一污染相比,OCDF对紫茉莉株高、根部生物量无显著影响,Cd浓度200 mg·kg-1,OCDF浓度500μg·kg-1时,OCDF存在使紫茉莉地上生物量降低22.19%,其它处理组,OCDF对紫茉莉地上生物量无显著抑制作用,反而某些处理组增加紫茉莉地上生物量.Cd-OCDF复合污染效应与Cd单一污染相比,Cd浓度为200 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,紫茉莉根部Cd积累量降低了34.44%,Cd浓度为400 mg·kg-1,OCDF浓度为100μg·kg-1时,根部和叶部Cd积累量分别降低了7.93%和18.09%;其它处理组,OCDF不同程度地提高了紫茉莉根、茎、叶提取和积累土壤中Cd的能力.可见,用紫茉莉修复高浓度Cd-OCDF复合污染土壤中的Cd具有实践上的可行性.     

开封城市土壤磷素组成特征及流失风险

为深入了解城市土壤磷素组成特征及其对受纳水体的影响,以开封城市表层土壤为研究对象,分析开封城市不同功能区土壤磷素的组成特征,并采用"突变点"法计算土壤磷素流失临界值,探讨开封城市不同功能区表层土壤磷素流失风险.结果表明,开封城市土壤总磷为400~1 427 mg·kg~(-1),其中无机磷占65%~99%;速效磷(Olsen-P)和易解吸磷分别为3.41~115.03 mg·kg~(-1)和0.01~9.40 mg·kg~(-1),与土壤磷素背景值相比,城市土壤磷素呈现明显集聚.开封城市土壤总磷和速效磷均呈现出东高西低,中心老城区高于新城区的空间分布格局;在不同功能区分布上,居民区土壤各形态磷素含量均最高.开封城市土壤磷素流失临界值对应的Olsen-P为22.18 mg·kg~(-1),超过临界值的土样占总土样数的33.64%,磷素流失风险最高的区域亦分布在中心老城区.     

内电解人工湿地冬季低温尾水强化脱氮机制

针对湿地冬季运行效率低、污染物去除能力差,本研究通过对比无植物湿地、普通湿地和内电解湿地冬季低水温下(3~12℃)对污水厂尾水的脱氮效能,深入分析其微生物群落结构组成,揭示内电解湿地的强化脱氮机制.结果表明,内电解湿地可以更好地利用尾水中碳源,脱氮效果优势明显,出水TN浓度维持在(9±0.29)mg·L~(-1),TN平均去除率达42.27%,比无植物湿地和普通湿地分别高出17.91%、17.33%.冬季低温条件下,内电解湿地微生物活性仍很高,荧光显色法测得微生物活性达到0.224 mg·g~(-1),分别是无植物湿地和普通湿地的2.6、3.4倍,反硝化强度分别是无植物湿地和普通湿地的2.8、3.3倍.高通量测序表明,内电解湿地基质微生物群落多样性优于无植物湿地和普通湿地.检测出的脱氮微生物主要有脱氯单胞菌、根瘤菌、生丝微菌、红杆菌,还有自养反硝化细菌产硫酸杆菌.内电解湿地在脱氮微生物总量上有明显优势,脱氮微生物占微生物总量的7.13%,分别是无植物湿地、普通物湿地的3.8、8.7倍,因而脱氮效率更高.     

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.