Adsorption of lead on multi-walled carbon nanotubes with different outer diameters and oxygen contents: Kinetics, isotherms and thermodynamics

The effects of different outer diameters and surface oxygen contents on the adsorption of heavy metals onto six types of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated in an aqueous solution and lead was chosen as a model metal ion. The results indicated that the percentage removal and adsorption capacity of lead remarkably increased with decreasing outer diameter due to larger specific surface area (SSA). The SSA-normalized maximum adsorption capacity (qm /SSA) and SSA-normalized adsorption coefficient (Kd /SSA) were strongly positively correlated with surface oxygen content, implying that lead adsorption onto MWCNTs significantly increases with the rise of oxygen content and decreases with decreasing SSA. The calculated thermodynamic parameters indicated that adsorption of lead on MWCNTs was endothermic and spontaneous. When the oxygen content of MWCNTs increased from 2.0% to 5.9%, the standard free energy (△ G0 ) became more negative, which implied that the oxygenated functional groups increased the adsorption affinity of MWCNTs for lead. Through calculation of enthalpy (△ H0 ), G0 and free energy of adsorption (Ea ), lead adsorption onto MWCNTs was recognized as a chemisorption process. The chemical interaction between lead and the phenolic groups of MWCNTs could be one of the main adsorption mechanisms due to highly positive correlations between the phenolic groups and K d /SSA or q m /SSA.     

新型生物质活性炭烟气脱硫研究

以农业废弃物核桃壳为原料,天然软锰矿为添加剂共混制备得到的新型生物质柱状活性炭进行烟气脱硫的性能研究.采用固定床反应器进行脱硫实验,装填活性炭质量为16 g,考察了进口SO2含量、空速、床层温度、水蒸气和氧气含量等工艺参数对活性炭脱硫性能的影响.结果表明,进口SO2含量在0.1%～0.3%(体积含量)范围内时,活性炭的穿透硫容和穿透时间随着进口SO2含量的升高而降低;空速越大,活性炭越容易穿透,较佳的空速为600 h-1;最适的床层温度为80℃,过高会降低脱硫效率;水蒸气和氧气的存在大大促进了活性炭对SO2的吸附性能,最佳水蒸气含量为10%,最佳氧气含量为10%～13%.在最佳工艺操作条件下,当进口SO2含量为0.2%时,活性炭穿透硫容为252 mg.g-1,穿透时间可达26 h.     

基于多区域投入产出(MRIO)的中国区域居民消费碳足迹分析

近年来,居民消费活动和环境的关系逐渐受到关注,而与温室气体排放相关的研究更是其中的热点.因此,本文采用“居民消费碳足迹”概念来定义特定居民消费活动所导致的直接和间接温室气体排放的总和,主要包括CO2、CH4、N2O3种温室气体;构建了基于环境扩展的多区域投入产出(Multiregional input-output,MRIO)模型的碳足迹核算方法,并以2007年中国8个区域为例对其居民消费碳足迹的数量、构成、分布及转移进行了分析.结果显示,2007年全国居民消费碳足迹总量达到31.74亿t(以CO2当量计).此外,碳足迹还呈现出区域差异明显、间接排放大于直接排放、城乡差距过大等特征.人均碳足迹方面,发展水平较高的京津、东部沿海地区明显高于相对滞后的西北、西南区域.研究还对碳足迹的区域分布和转移进行了深入探讨.结果发现,东北、京津、西北和西南区域转移收支为负,表示这些区域为其他区域承担的排放大于其他区域为其承担的排放;剩余的北部沿海、东部沿海、南部沿海和中部区域情况则正好相反.这些结果对现阶段中国制定具体区域消费政策或分配碳减排责任等具有参考价值;本研究的方法论也适用于研究其他环境因子及足迹因子与居民消费的关系.     

2,2′-二硝基联苄生产废水的处理研究

对十六烷基三甲基溴化铵改性凹凸棒土、凹凸棒土负载TiO2采用XRD、FTIR以及TG等手段进行了分析和表征,对比了改性凹凸棒土、活性炭、大孔树脂等不同吸附剂和凹凸棒土负载TiO2对二硝基联苄生产废水的处理效果。结果表明:十六烷基三甲基溴化铵改性凹凸棒土的废水中污染物的去除率比凹凸棒土提高了2.5倍;凹凸棒土负载TiO2在波长λ=254 nm下光照0.5 h,对废水中污染物的去除率是凹凸棒土的2.0倍;投加量为3%活性炭在pH为2.0⁵.0时,对该类废水中污染物的去除率可达80%以上。     

模拟氮沉降和CO2浓度增加对三江平原小叶章群落土壤总有机碳和氮素含量的影响

利用开顶气室(Open-Top Chamber,OTC),设置当前大气CO2浓度(370μmol.mol-1)、中等CO2浓度(550μmol.mol-1)和高CO2浓度(700μmol.mol-1)3个CO2浓度水平和不施氮(N1,0g N.m-2.a-1)、常氮(N2,5g N.m-2.a-1)、高氮(N3,10g N.m-2.a-1)3个氮素水平。研究了不同N沉降水平下,大气CO2浓度升高对以三江平原小叶章群落土壤有机碳和氮素含量的影响。结果表明:CO2浓度升高结合氮沉降连续运行两个生长季后,湿地土壤总有机碳含量没有显著变化,说明较短时间内大气CO2浓度升高和氮沉降不会使三江平原土壤有机碳含量产生变化。氮沉降引起各个土层的土壤全氮、铵态氮和硝态氮的含量增加,施氮水平越高土壤氮增加越多,但是全氮增加量不明显,铵态氮随施氮量的增加呈现极显著差异水平(P<0.01)。0～10cm,10～20cm土层土壤全氮、铵态氮的含量随着CO2浓度升高呈现出先增大后减小的趋势。土壤硝态氮含量在10～20cm土层含量变化与土壤全氮、铵态氮的变化趋势相同。说明大气CO2浓度一定程度的增加可以增加土壤的氮素含量,但是过量的大气CO2浓度反而会使得土壤氮素含量减少。     

森林碳汇功能的研究进展

因全球温室效应和气候变化影响,以及森林对CO2的固定作用,使林业碳汇得到了世界各国的广泛支持和发展。文章主要围绕森林植被碳汇、土壤碳汇研究现状,森林碳汇功能的不确定性以及森林管理与碳汇的关系4个方面对国内外森林碳汇的研究进展简要综述,为森林碳汇的科学研究提供基础。     

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

粉末活性炭粒径对水中菲吸附动力学的影响效应研究

以菲为目标污染物,研究了粉末活性炭(PAC)在微尺度(1～ 100.Μm)下的粒径效应对多环芳烃吸附性能的影响.实验中按照中值粒径将研磨后得到的粉末活性炭划分为:PAC-1 (19 μm)、PAC-2(46μm)、PAC-3(76 μm).通过比表面积及孔隙度自动分析仪、原位拉曼光谱、扫描电镜等手段对PAC物化性质进行表征,发现粒径减小使PAC的BET比表面积和总孔容增加了10％ ～20％左右,而对PAC表面化学性质的影响较小.PAC的粒径分布对其吸附性能有显著影响,这种影响主要体现为吸附速率成倍的增加,其次是吸附容量有30％ ～36％的增幅.分别用3种动力学模型对吸附过程进行拟合,结果表明,伪二级动力学方程的拟合程度最高,PAC-1有最大的吸附速率常数k,并且随着粒径的减小,k值逐渐增大.     

碳源对厌氧氨氧化脱氮性能影响的试验研究

分别研究了无机碳源和有机碳源对厌氧氨氧化反应脱氮性能的影响。接种稳定运行的复合式UASB厌氧氨氧化反应器污泥至ASBR反应器进行批式试验,考察不同碳酸氢钠浓度及COD浓度条件下的氮素转化情况,研究碳源对厌氧氨氧化脱氮效果的影响。厌氧氨氧化反应适宜的进水碳酸氢钠浓度为1.5～2.0 mg/L,超过30 mg/L时有机碳源的存在对厌氧氨氧化反应产生抑制作用,COD浓度超过60 mg/L时反应器表现出反硝化特性。无机碳源对厌氧氨氧化反应的影响表现在提供充足碳源和调节反应器pH的综合作用,较高浓度的COD对厌氧氨氧化反应具有抑制作用。