MnO2/EGM电极制备及电化学降解罗丹明B的研究

为开发高效的电化学阴极材料,提高溶解氧还原为H₂O₂的产率,利用电沉积法制备出了二氧化锰/膨胀石墨复合基（MnO₂/EGM）电极,并用于罗丹明B（RHB）电化学阴极降解过程的研究.实验以纯石墨电极片为阳极,MnO₂/EGM复合材料为阴极,分别考察了溶液初始pH值、电流密度、电解质浓度、RHB初始浓度和反应温度对RHB脱色效果的影响.结果表明：利用电沉积法在EGM电极表面均匀负载了MnO₂涂层;在二维电极体系中,当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm^-2,电解质浓度为0.15 mol·L^-1,罗丹明B初始浓度为8 mg·L^-1,反应体系温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%,且其降解过程符合一级反应动力学.运用循环伏安法（CV）研究了复合电极表面的电化学行为,以及在最佳降解条件下对H₂O₂浓度进行跟踪分析,并对降解机理进行了初步推测,发现电解液中的溶解氧在MnO₂/EGM电极表面发生还原反应生成具有强氧化性的H₂O₂,破坏了RHB的发色基团,从而使罗丹明B达到脱色目的.     

锰砂人工湿地对污染物的强化去除

锰砂由于其具有强氧化和吸附作用已被广泛应用于净水领域中,而在人工湿地中以锰砂为填料的相关研究较少.根据前期研究推测,在人工湿地的基质中加入锰砂,其能通过氧化吸附强化去除水中的污染物,而还原生成的Mn （Ⅱ）又能被土壤及根系锰氧化微生物氧化为Mn （Ⅲ/Ⅳ）,进而防止Mn （Ⅱ）在水中的释放.为验证该推测,本研究探讨了加入锰砂的芦苇人工湿地对污染物的强化去除能力及微生物学机制.通过比较加入和未加入锰砂（对照组）的人工湿地的运行效果,发现锰砂人工湿地对溶解性有机碳（DOC）、TN和冬季时期NH₄⁺-N的去除具有显著的提升作用.16S rRNA测序结果表明,锰砂基质能显著提升冬季芦苇根系微生物的丰富度和多样性,但对人工湿地整体的群落结构影响较小,这可能与锰砂湿地强化污染物去除能力有关.本研究为人工湿地工艺优化提供了一种新思路.     

金盆水库沉积物铁锰释放规律

针对分层型水库周期性厌氧问题,金盆水库利用人工强制混合充氧技术补充底部水体溶解氧,抑制沉积物中还原性污染物的释放.但受水库地形地貌的影响,人工强制混合充氧效率存在一定差异性,在曝气系统运行结束后部分较深区域上覆水体溶解氧迅速耗竭,导致污染物的再次释放.为探究铁锰在该条件下的释放规律及扩散强度,选取主库区代表性采样点,对沉积物间隙水及上覆水溶解态铁锰浓度分布进行测定,并计算沉积物-水界面处溶解态铁锰的扩散通量.结果表明,人工强制混合充氧结束后地势较低区域底部水体迅速进入厌氧状态,导致大量溶解态锰释放进入上覆水体,浓度最高达0.42mg·L~(-1);而地势较高区域底部水体短暂进入缺氧状态,之后溶解氧浓度迅速回升,因此底部溶解态锰浓度升高幅度较小,浓度最高为0.17mg·L~(-1).沉积物间隙水-上覆水铁锰浓度分布结果表明,由于铁锰氧化还原电位的差异,溶解态锰相较于铁在厌氧条件下更容易释放进入上覆水体,且不断在表层沉积物及上覆水体中积聚,而溶解态铁的释放不仅受溶解氧的抑制,还受锰氧化物等其他氧化剂的抑制.由扩散通量计算可知,人工强制混合充氧结束后溶解态锰的扩散通量有降低趋势.由质量平衡计算可知,溶解态锰在厌氧层中的积聚不仅与扩散通量有关,还与沉降通量、厌氧层厚度有关,因此厌氧层中铁锰的生物地球化学循环作用有待进一步的研究.     

无机离子对催化臭氧化降解水中痕量硝基苯效果的影响

考察了天然水体中常见的无机离子对单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷和臭氧/改性蜂窝陶瓷3种氧化工艺分解水中痕量硝基苯的影响.单独臭氧氧化和臭氧/改性蜂窝陶瓷对硝基苯的分解效率随着钙离子浓度的升高(0～4 mg·L^-1)分别增加了5.0%和8.6%,在相同实验条件下,臭氧/蜂窝陶瓷对硝基苯的降解效率在钙离子浓度为0.5 mg·L^-1时达到最大值;单独臭氧氧化、臭氧/蜂窝陶瓷和臭氧/改性蜂窝陶瓷在锰离子浓度增加(0～4 mg·L^-1)的情况下对硝基苯的去除率分别增加了10.9%、11.6%和9.6%,随着重碳酸根离子浓度的增加(0～200 mg·L^-1)分别降低了8.6%、11.5%和8.9%;硝酸根和硫酸根离子浓度对单独臭氧氧化降解水中硝基苯无明显影响,另2种氧化工艺对硝基苯的分解效率随着硝酸根和硫酸根离子浓度的增加而降低.     

二氧化锰氧化降解五氯酚

以二氧化锰为氧化剂,研究了pH 4.12的水溶液中五氯酚氧化降解的反应动力学,并讨论了反应溶液的pH对反应动力学的影响.结果表明,五氯酚对二氧化锰的氧化作用具有较强的反应感受性.在pH一定和二氧化锰充分过量的条件下,随着反应的进行,五氯酚的降解速度变慢,遵循的不是简单的准一级反应动力学而是复合的反应动力学.此外,随溶液pH由3.5升高6.6,五氯酚的降解速度发生显著地下降.运用溶剂萃取和气质联用仪的分析方法,检测到2个主产物和1个次产物.其中,次产物是由四氯-1,4-氢醌与四氯儿茶酚组成的混合物;2个主产物是由五氯酚氧自由基偶合而成的二聚体,且是同分异构体.在观测到的表面反应动力学和降解产物的基础上,提出了五氯酚被二氧化锰氧化降解的反应流程图.     

低温高铁锰氨氮地下水生物同池净化

为实现低温(5~6℃)高铁锰氨氮[TFe 9.0~12.0 mg·L~(-1)、Fe(Ⅱ)6.5~8.0 mg·L~(-1),Mn(Ⅱ)1.9~2.1 mg·L~(-1),NH_4~+-N 1.4~1.7 mg·L~(-1)]地下水生物同池净化,以中试模拟滤柱在某水厂进行了实验研究.结果表明,出水总铁在启动之初即能合格,出水氨氮和锰分别在72 d和75 d实现净化.工艺启动周期受培养温度和原水水质影响较大.滤速越大,锰的极限去除量越低,滤速≥1.0 m·h~(-1)时,锰的极限去除量为3.0 mg·L~(-1).锰是滤速提升的限制因素,工艺极限滤速是4.5m·h~(-1).滤速≤6.0 m·h~(-1)时,氨氮的极限去除量为1.5 mg·L~(-1),且不受滤速影响,溶解氧(dissolved oxygen,DO)不足导致工艺对更高浓度氨氮净化失败.DO充足的条件下,工艺净化所需滤层厚度随锰和氨氮浓度增加而增厚.滤速增大会导致铁锰氨氧化去除区间向滤层深处位移,发生"锰"溶出现象.进一步分析表明,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除;锰的高效氧化去除区间与铁和氨氮的高效氧化去除区间存在明显分级.     

烟草对重金属锰的吸收积累及其相互影响

采用盆栽试验方法,研究了烟草对土壤中重金属锰的吸收、耐性和积累效应。试验结果表明,锰对作物的生长发育有较明显的刺激作用或毒害效应,烟草对土壤中的Mn具有很强的耐性和累积能力。当土壤中Mn处理浓度为1500mg/kg时,虽然烟草生物量与对照相比有所降低,但植株仍能生长。随着生长介质中Mn浓度的升高,烟草叶、茎和根的Mn含量逐渐增加。当Mn处理浓度为2500mg/kg时,烟草仍能完成整个生命周期,烟草地上部分锰积累量达到最大值13501.36mg/kg。当Mn浓度>1500mg/kg时,烟草吸收的锰有76.6%～88.1%被转移到地上部分。说明烟草适合较高程度Mn污染土壤的修复。     

Fractionation and solubility of cadmium in paddy soils amended with porous hydrated calcium silicate

Previous studies have shown that porous hydrated calcium silicate （PS） is very effective in decreasing cadmium （Cd） content in brown rice. However, it is unclear whether the PS influences cadmium transformation in soil. The present study examined the effect of PS on pH, cadmium transformation and cadmium solubility in Andosol and Alluvial soil, and also compared its effects with CaCO3, acidic porous hydrated calcium silicate （APS） and silica gel. Soil cadmium was operationally fractionationed into exchangeable （Exch）, bound to carbonates （Carb）, bound to iron and manganese oxides （FeMnOx）, bound to organic matters （OM） and residual （Res） fraction. Application of PS and CaCO3 at hig rates enhanced soil pH, while APS and silica gel did not obviously change soil pH. PS and CaCO3 also increased the FeMnOx-Cd in Andosol and Carb-Cd in Alluvial soil, thus reducing the Exch-Cd in the tested soils. However, PS was less effective than CaCO3 at the same application rate. Cadmium fractions in the two soils were not changed by the treatments of APS and silica gel. There were no obvious differences in the solubility of cadmium in soils treated with PS, APS, silica gel and CaCO3 except Andosol treated 2.0% CaCO3 at the same pH of soil-CaC12 suspensions. These findings suggested that the decrease of cadmium availability in soil was mainly attributed to the increase of soil pH caused by PS.     

改性生物炭固定床对模拟湖库水体中Mn2+的吸附

湖库是社会生产发展的重要水资源,而湖库饮用水中锰离子（Mn²⁺）的季节性超标成为威胁人类的生活健康和社会安全生产的重要因素之一.首先,开展了NaOH改性生物炭的静态吸附研究,并考察了热解温度（400、500和600℃）和改性条件（未改性、碱前处理改性和碱后处理改性）对吸附性能的影响,研究表明碱前处理改性能提高生物炭的吸附容量,在400℃时获得最大吸附容量为41.06 mg ·g^-1.之后,开展了改性生物炭固定床对Mn²⁺的动态吸附研究.结果表明,碱改性生物炭在静态吸附状态下的吸附能力越强,其在固定床动态吸附过程中的穿透点（c_t/c₀=0.1）和饱和点（c_t/c₀=0.9）时间越长;当分别提高Mn²⁺初始浓度和进水流速时,固定床吸附的穿透点时间由360 min分别缩短至160 min和200 min,饱和点时间由865 min分别缩短至700 min和600 min.Thomas吸附模型能较好地拟合生物炭固定床吸附过程,表明动态吸附过程中,生物炭对Mn²⁺的去除由化学吸附主导,研究结果可为实际运行提供科学指导.     

城镇化进程中珠江三角洲高锰地下水赋存特征及成因

地下水中高浓度的锰对人体健康存在危害,快速城镇化地区锰来源复杂.基于不同历史时期的2500余组水化学数据,运用数理统计和主成分分析等技术方法,研究了珠江三角洲地区不同含水层和不同城镇化水平地区地下水中锰的空间分布特征、来源及其成因.结果表明,孔隙含水层地下水中锰含量明显高于裂隙和岩溶含水层.孔隙高锰地下水比例是裂隙和岩溶含水层的2倍.高锰地下水在城镇化和城郊地区比例明显高于非城镇化地区.在区域尺度上,还原条件下沉积地层中有机质的分解和铁锰（氧）氢氧化物的还原溶解可能是控制孔隙含水层锰浓度升高的主要因素.裂隙含水层中高锰地下水可能受城镇化伴随的低氧生活污水渗漏和工业化伴随的工业废水入渗影响.地下水pH值和氧化还原条件是控制研究区地下水中锰浓度的重要因素.孔隙高锰地下水受控于还原条件,而裂隙和岩溶高锰地下水弱酸性环境是其重要影响因素.近10年来,研究区地下水环境稳中向好,地下水氧化还原电位和pH不同程度地升高不利于高锰地下水的形成,这也是城镇化进程中不同类型含水层地下水中Mn²⁺浓度总体降低的主要成因.