氧化还原电位对土壤中重金属环境行为的影响研究进展

E_h（redox potential,氧化还原电位）代表土壤氧化性和还原性的相对程度,是以电位反映土壤所处氧化还原状态的指标.由于重金属易与对E_h敏感的组分发生吸附、络合、沉淀等化学反应,因此E_h的变化会直接/间接影响重金属形态从而决定其毒性和活性.E_h变化对重金属活性往往存在双向影响:①淹水环境使E_h降低,引发反硝化反应、铁锰氧化物和硫酸盐还原,使pH向中性靠拢,从而间接导致酸性土壤中游离态重金属沉淀或碱性土壤中吸附态重金属释放.②厌氧条件在使E_h发生变化的同时,会引起铁锰氧化物、有机质、硫化物的形态或含量发生改变,如铁锰氧化物还原、大分子有机质分解,分解产物与重金属离子结合增加了可溶性重金属的浓度,但厌氧条件也可以使重金属离子和硫化物产生沉淀,且还原Cr、Hg等元素,降低毒性;在氧化条件下,硫化物氧化形成硫酸盐促进了重金属释放;但铁锰离子沉淀及其氧化物形态变化形成的具有强吸附力的无定形铁锰氧化物可重新吸附游离态金属离子.这些复杂的化学变化对定量化研究E_h对重金属的影响造成困难,从而降低了E_h波动环境（水稻土、周期性覆水潮滩沉积物等）中重金属污染风险评价的准确性,也限制了通过改变E_h来原位修复重金属污染土壤的方法实施.因此,需进一步对E_h诱导下土壤颗粒界面上发生的与重金属行为相关的反应进行深入研究,并开发检测分析技术,如无损伤的物理探测方法或同位素稀释技术等,建立不同土壤中E_h与重金属形态、活性的定量关系,以揭示E_h对重金属形态的影响机制.      

黑臭水体中不同浓度Fe2+、S2-与DO和水动力关系

以巢湖南淝河口湖湾区的黑臭水体为例,运用分位数回归方法研究了黑臭水体中不同浓度Fe²⁺、S^2-与DO及流速的定量关系.比较发现：分位数回归方法能够定量分析流速和DO对不同浓度Fe²⁺、S^2-的作用;而普通线性回归则无法给出它们彼此在不同浓度情况下的定量关系.进一步分析发现,水体流动主要通过分散作用降低黑臭水体中Fe²⁺及S^2-的浓度;增加流速对降低南淝河口及黑臭水体边缘等Fe²⁺、S^2-浓度梯度较大区域的污染效果显著;但对黑臭水体中间位置Fe²⁺、S^2-浓度梯度较小区域污染没有显著影响.增加DO对减少S^2-浓度达到0.043mg/L以上或Fe²⁺浓度达到0.80mg/L以上黑臭水体区域污染的效果明显;但对低浓度Fe²⁺、S^2-污染的处理效果不佳.这些结果为治理浅水湖泊中的黑臭水体提供了理论依据.     

Fe (Ⅱ)对反硝化过程及其功能微生物群落的影响

以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe （Ⅱ）对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe （Ⅱ）减缓了土壤中NO₃^-的还原,但促进了NO₂^-的还原和N₂O的生成;同时Fe （Ⅱ）只在Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中发生氧化.通过定量PCR结果发现,Fe （Ⅱ）的加入提高了亚硝酸盐还原基因nirS和N₂O还原基因nosZ的拷贝数;但降低了细胞膜硝酸盐还原基因narG的拷贝数.通过高通量和克隆文库分析发现,Fe （Ⅱ）的加入主要对napA-周质硝酸盐还原微生物群落结构有明显影响,Soil+NO₃^-处理中优势菌是Dechloromonas,而Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中为Azonexus、Dechloromonas和Azospira.Fe （Ⅱ）对厌氧稻田中的反硝化过程及其功能微生物群落具有显著影响,这对了解华南红壤地区稻田体系中的氮元素循环与铁元素转化的关系具有重要意义.     

聚合硅酸铝铁絮凝剂中铁的形态分布与转化

以AlCl₃·6H₂O ,FeCl₃·6H₂O ,Na₂CO₃,盐酸和硅酸钠为原料制备了不同碱化度B及不同n(Al)∶n(Fe)∶n(Si)摩尔比的系列聚合硅酸铝铁絮凝剂 (PAFSC) ,采用Fe -Ferron逐时络合比色法研究了PAFSC中铁的形态分布情况 ,考察了熟化时间、制备工艺及n(Al)∶n(Fe)∶n(Si)对PAFSC中铁的形态分布的影响情况。研究结果表明 :随着熟化时间的延长 ,铁和聚硅酸摩尔数的增加 ,PAFSC中铁的形态由低聚物向高聚物转化.      

酸性硫酸盐环境中菌密度对生物成因次生铁矿物形成的影响

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)促进次生铁矿物形成的现象在酸性煤矿废水(ACMD)的治理领域具有重要意义.本研究探索了A. ferrooxidans接种密度在酸性硫酸盐环境(9K培养基)中对Fe²⁺氧化率、总Fe沉淀率及矿物产生量的影响,同时考察了矿物合成体系矿相的变化情况.结果表明,当体系A. ferrooxidans接种密度为0.27×10⁶~5.40×10⁷ cells·mL^-1时,溶液中Fe²⁺需60~12 h氧化完全.培养至60 h,上述体系总Fe沉淀率分别达到10.7%~35.9%.不同接种体系Fe²⁺同时氧化完全时,沉淀单位质量Fe而转化的次生铁矿物量随着接种密度的增加而增大.例如,A. ferrooxidans接种密度分别为1.35×10⁶、2.70×10⁶、8.10×10⁶和1.62×10⁷ cells·mL^-1的处理在Fe²⁺同时完全氧化时刻,Fe沉淀率分别为17.6%、20.0%、24.1% 和26.5%,且沉淀1 g Fe转化的次生铁矿物量分别为2.04、2.10、2.17与2.27 g.结晶度较差的施氏矿物是次生铁矿物合成初期产生的唯一矿相,Fe²⁺完全氧化时,矿物相为施氏矿物与结晶度好的黄铁矾矿物的混合物.     

海相沉积岩铁同位素体系及其古环境指示

铁(Fe)作为主要造岩元素及生命必需元素,广泛参与地球表层圈层所涉及的物理、化学和生物作用,在调节海洋初级生产力和驱动海洋生物地球化学循环过程扮演重要角色.Fe同位素作为较早开发的非传统稳定同位素体系,目前已成为示踪生物地球化学循环过程及古海洋环境演变的有效手段.本文在对全球海洋Fe循环和表生地质过程Fe同位素分馏机理...     

铁还原环境四氯乙烯生物降解及其影响因素

通过实验研究了铁还原环境下四氯乙烯(PCE)的生物降解。以醋酸为共代谢基质,在20℃时,PCE可以顺序脱氯为TCE和DCEs。反应速率常数为0.2489d-1,半衰期为2.78d。在实验的第1天和第10天分别检测到了TCE和DCEs。TCE最高浓度为358.98nmol/L,是最主要的反应产物。碳平衡为88.7%～109.3%。在13d的实验周期中,微生物的数量和活性都有所增加。同时研究了不同的影响因素,如低温、不同pH和电子受体对PCE生物降解的影响。结果表明,在12℃时,PCE可以脱氯为TCE,半衰期为6.45d,降解速率为0.1075d-1,较20℃时的降解速率要低。脱氯的最佳pH值在7.0左右,较高和较低的pH值均会抑制脱氯微生物的活性。加入不同电子受体NO3-和SO42-,PCE脱氯受到不同程度的抑制,前者可能是由于NO3-是相对强的氧化剂,造成微环境中的氧化还原电位升高;后者则可能是SO42-的存在,会抑制脱氯菌的作用。     

4,4’-二溴联苯在水溶液中光降解的动力学研究

多溴联苯作为溴代阻燃剂被广泛应用,从而广泛存在于环境。但少有对于多氯联苯环境行为的研究。文章以4,4’-二溴联苯为研究对象,模拟自然环境,探讨了光源强度、初始浓度、pH值和溶解氧等因素对4,4’-二溴联苯降解的影响,以及在模拟太阳光的照射下,研究了Fe3+和腐殖酸对4,4’-二溴联苯在水溶液中光降解速率的影响。结果表明,在高压汞灯照射下,4,4’-二溴联苯的光降解过程符合准一级动力学规律。提高光源强度可加速4,4’-二溴联苯的降解;初始浓度的增加使4,4’-二溴联苯降解速率减慢;反应液在高pH值和低pH值时,均促进4,4’-二溴联苯的光降解进程;体系中溶解氧增多也同样促进4,4’-二溴联苯的降解;小剂量的添加腐殖酸和Fe3+可以促进4,4’-二溴联苯的降解,但超过一定浓度则抑制其光降解。     

Removal of perchlorate from aqueous solution by cross-linked Fe(Ⅲ)-chitosan complex

Cross-linked Fe（III）-chitosan composite （Fe-CB） was used as the adsorbent for removing perchlorate from the aqueous solution. The adsorption experiments were carried out by varying contact time, initial concentrations, temperatures, pH, and the presence of co-existing anions. The morphology of the adsorbent was discussed using FT-IR and SEM with X-EDS analysis. The pH ranging from 3.0-10.2 exhibited very little effect on the adsorption capability. The perchlorate uptake onto Fe-CB obeyed Langmuir isotherm model. The adsorption process was rapid and the kinetics data obeyed the pseudo second-order model well. The eluent of 2.5% （W/V） NaC1 could regenerate the exhausted adsorbent efficiently. The adsorption mechanism was also discussed.     

过硫酸钠对砂壤土中三氯乙烯的氧化研究

以过硫酸钠(Na2S2O8)为氧化剂,柠檬酸(CA)螯合Fe(Ⅱ)溶液作为活化剂,对砂壤土中的三氯乙烯(TCE)进行处理.采用正交试验获得优化操作条件为: Na2S2O8浓度5mmol/L,Fe(Ⅱ)浓度2.5mmol/L,CA浓度0.25mmol/L,反应时间30min.在此条件下,土壤中不同浓度的TCE去除率均在93%以上.对于污染程度高的土壤,采用连续氧化处理可达到较高的修复目标要求.土柱实验结果表明经过Na2S2O8溶液氧化7d后,TCE氧化率达到88.9%以上,且去除效果与处理方式有关,分次加入方式的效果最好.