凤眼莲、稻草和污泥制备生物炭的特性表征与环境影响解析

有机废弃物限氧热解制备生物炭可在减缓温室气体排放的同时改善土壤和水体环境质量,但同时生物炭在环境中的应用具有潜在生态毒理风险.因此,在将生物炭大规模应用于各类环境介质前,对其关键物理-化学性质进行系统分析与评价是极为必要的.本文选择对我国水生生态环境危害最大的入侵植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和我国产量最高的农业废弃物稻草,以及市政污水处理厂剩余污泥3种生物质前体,于250~550℃进行低温慢热解,对所制备生物炭的表面形貌、元素组成、矿物形态和一系列关键化学特性进行了全面表征与比较分析.在此基础上,深入探讨了此3类生物炭应用于土壤改良、重金属污染修复和水体富营养化控制的潜力与风险.结果表明,凤眼莲生物炭中K、Ca、Na、Mg含量最为丰富,指示其对于缓解土壤酸化具有重要应用价值,而其中P主要以AlPO_4晶体态存在,水溶性较低,这有利于降低此类生物炭引起水体富营养化的风险;水稻秸秆生物炭阳离子交换量(CEC)相对较高,达到33.7 cmol·kg~(-1),表明其在提高土壤保肥能力和降低重金属生物有效性方面具有较大潜力;SEM-EDX显示,凤眼莲生物炭和稻草秸秆生物炭均具有发达的束筒结构,可优先考虑用于改善土壤通气性;但是,部分生物炭中水溶性Cd、As含量超出安全阈值,表明对有机质前体和热解产物进行严格检测和筛选是实现生物炭在环境与农业中安全利用的必要环节.     

天然矿物负载Fe/Co催化H2O2氧化降解阳离子红3R

类Fenton反应关键是催化剂的活性,利用浸渍法负载铁、钴双金属对天然矿物材料进行改性,提高其催化活性,并运用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征手段对负载前后的材料进行表征分析.结果表明负载后材料中生成Fe2O3和Co Fe2O4两种新物质.将合成的催化剂用于催化H2O2氧化阳离子红3R染料废水,在催化剂投加量3 g·L-1,H2O2投加量0.3 m L·L-1,反应时间1 h条件下,100 mg·L-1阳离子红3R废水脱色率可达99.8%,TOC去除率可达58.4%,催化剂中活性组分主要为表面负载的Fe2O3和Co Fe2O4,电子自旋共振(ESR)分析表明催化氧化过程中产生羟基自由基,阳离子红3R发色基团在1 min已被完全破坏,光谱分析表明反应过程中有小分子物质生成.催化氧化效果受染料废水初始p H值影响小,适应p H范围广,解决了传统Fenton反应p H条件苛刻的问题.研究结果为印染废水处理提供了具有工程应用潜力的技术方法.     

100年后的海洋生活

<正>很多人喜欢把地球称为"水球",因为地球表面71%的面积被海洋覆盖着。千百年来,海洋为人们提供了丰富的鱼类资源和矿物资源。可是,我们并没有充分地利用海洋。究竟海洋还能怎样造福人类呢?也许某一天,你将看到这样的图景:海洋中分布着各种各样的城市,人像鱼一样在海洋里游来游去……不要大惊小怪,在未来的100年中,人类将会逐步实现这样的梦想。现在,让我们一起去看看奇妙无比的未来海洋生活吧!     

绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律

为进一步探究绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响,结合鄂尔多斯盆地深部地层的黏土矿物组成,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,研究了绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律,并揭示了其封闭性变化的机理。结果表明:绿泥石缺失使盖层中的地球化学反应发生了极大的变化,矿物体积分数的变化量减小,盖层的自溶蚀效应减弱;矿物的化学行为(由沉淀为主转化为以溶解为主或由溶解为主转化为以沉淀为主)发生了逆转;CO2-水-岩石的地球化学进程大幅减缓;CO2的矿化捕集作用明显减弱,且CO2矿化捕集量一直小于0,不利于CO2地质封存。     

垃圾填埋场甲烷厌氧氧化作用研究进展

垃圾填埋场是温室气体甲烷的重要人为排放源之一,垃圾分解产生的甲烷会发生垂向和侧向迁移,并被氧化固定在垃圾填埋场中。研究显示与硫酸盐还原作用耦合的甲烷厌氧氧化(AOM)作用在垃圾填埋场内及其渗滤液羽状体中均可发生,形成自生碳酸盐和硫化物等沉积。因此,AOM作用是垃圾填埋场甲烷减排的重要途径之一。然而只运用气体地球化学方法与技术难以确定填埋场AOM作用的特征,而填埋场内自生碳酸盐可能保存了AOM作用的信息,但其矿物学、地球化学等特征很少有报导,还有待进一步研究确定。     

天山北麓宁家河阶地上的黄土堆积及其磁学特征

本文报道了新疆地区天山北麓宁家河阶地上的黄土堆积。研究剖面的两层黄土为河流 砾石层所隔开,这在新疆地区较为少见。通过系统的岩石磁学和粒度测量,分析了该剖面两层 黄土的磁学特征,并初步探讨磁化率变化机制。结果表明：黄土中的主要磁性矿物为磁铁矿和 磁赤铁矿,并含有少量赤铁矿和针铁矿。亚铁磁性矿物主要以多畴（MD）、假单畴（PSD）颗 粒为主,反映了这一地区极弱的成土作用。砾石层上下两层黄土磁学性质存在着差异,表现为 上层黄土具有较高的磁性矿物含量、较粗的磁颗粒和相对含量较高的软磁性矿物。下层黄土受 到后期河水的改造可能是导致这些差异的原因。磁化率与粒度呈现较好的正相关关系,与黄土 高原的情况相反,说明干旱地区的黄土磁学性质主要受原生磁性矿物控制。搬运风力和源区变 化是磁化率变化的主导因素。     

改性粘土矿物的制备及其对水体中二氯喹啉酸的吸附研究

采用固-液吸附法,以天然钙基蒙脱石为原料,硫酸和十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)为改性剂,制备了3种改性蒙脱石,并借助X-射线衍射、比表面积全分析及有机碳含量测定对所得的改性蒙脱石进行表征.结果表明,先酸化后再进行有机改性所得的改性蒙脱石(AHM)不仅具有较大的比表面积、层间距,而且有机碳含量是最高的.同时,采用批量平衡实验比较了这3种改性蒙脱石和天然蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附能力.结果表明,天然蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附率最小,不足5%,而先酸化再进行HDTMAB改性所得的改性蒙脱石对二氯喹啉酸的吸附率最高,其对二氯喹啉酸的吸附容量约为天然蒙脱石的20倍.二氯喹啉酸在这种改性蒙脱石上吸附速率很快,吸附平衡时间为2 h,吸附动力学满足准二级动力学方程,吸附等温线可用Linear和Freundlich模型较好地拟合.     

镁离子对氧化亚铁硫杆菌生物合成次生铁矿物的影响

通过摇瓶实验,在Mg2+分别为48,4.8mg/L,其他元素组成与9K液体培养基一致的体系中,采用氧化亚铁硫杆菌A.ferrooxidans催化合成次生铁矿物.考察了Mg2+含量对生物合成次生铁矿物体系pH值、氧化还原电位(ORP)、Fe2+氧化率、总Fe沉淀率、次生铁矿物矿相及矿物晶体尺寸的影响.结果表明,经过48h培养,Mg2+浓度为48,4.8mg/L生物成矿体系pH值分别从原来的2.50降低至2.30,2.19,ORP分别从初始259mV增加至269mV,276mV.两体系Fe2+氧化率培养至第48h均达到100%,然而两体系总Fe沉淀率及矿物形态及却不尽相同.Mg2+浓度为48mg/L生物成矿体系,总Fe沉淀率为23.7%,次生矿物紧密粘附于三角瓶底部.而Mg2+浓度为4.8mg/L生物成矿体系,总Fe沉淀率达到32.2%,次生矿物却均匀分散于溶液中.两体系合成次生铁矿物均为黄铁矾与施氏矿物共存的混合物,Mg2+含量4.8mg/L体系合成黄铁矾单个晶体长度(~1.60μm)约为Mg2+含量48mg/L体系的1.2倍.     

Isolation, identification and arsenic-resistance of Acidithiobacillus ferrooxidans HX3 producing schwertmannite

Schwertmannite, a ubiquitous mineral present in iron oxyhydroxides formed in iron- and sulfate-rich acid media, favors incorporation of some toxic anions in its structure. We reported an iron-oxidizing bacterial strain HX3 from a municipal sludge that facilitates the formation of pure schwertmannite in cultures. Ferrous iron oxidation by the isolated strain HX3 was optimum at an initial pH of 2.0-3.3 and temperature of 28-35°C. Pure schwertmannite was found through bacterial oxidation of ferrous iron at an initial pH 2.8and temperature 28°C. Following 16 S rDNA gene sequence analysis the bacterial strain HX3 was identified as Acidithiobacillus ferrooxidans. The arsenic-resistance A. ferrooxidans HX3 showed the potential of environmental application in arsenic removal from the As（Ⅲ）- and iron-rich acid sulfate waters directly by As（Ⅲ） adsorption or the formation of schwertmannite in the environment.     

Factsage模拟城市污泥与煤混燃过程中含铁、硫矿物的演变

工业废水与生活污水经过污水厂处理后转变成污泥,污泥因含有大量有机物而储有大量的能量,单独焚烧处理困难较大。为了保护环境、节约能源,设想将污泥与煤混燃,并对污泥与煤混燃过程中含铁和含硫化合物的演变进行化学热力学计算和模拟。结果表明城市污泥与煤混合后的含铁和硫矿物为水铁钒、白铁矾和黄铁矿;污泥混煤燃烧在1 500℃左右出现Fe_3O_4(Ⅰ)和FeO(Ⅰ),会导致生产中设备结渣;燃烧过程中硫酸盐矿物发生分解生成SO_2气体,会产生设备腐蚀问题。课题立足于微观层面,旨在研究污泥混煤燃烧过程中微观化合物的转变,为污泥混煤燃烧中污染物排放方面问题的解决提供一定的依据。