黄河沉积物中粘土矿物的结构和吸附作用

本文用X-射线物相分析、全分析、磷形态标准测试方法,通过对黄河沉积物矿物分析和其中粘土矿物界面作用特色及对磷的吸附研究,总结了一些黄河沉积物吸附动力学的机理.     

含砷废渣高温烧结过程砷的矿物相结构变化与环境释放行为

研究了含砷废渣高温烧结过程引起的砷挥发和砷发生的矿物相结构变化,并分析了烧结体的砷浸出释放行为.在10MPa下加压成型制样,进空气流量为2 000 mL·min-1,烧结温度1 000～1 350℃,烧结时间60 min.结果表明,烧结温度对砷挥发的影响很小,As的固定率保持在90%以上,但对砷浸出毒性的影响明显.烧结温度低于1 000℃时,FeAsS被氧化生成钙砷、铝砷和铁砷,以Ca3（AsO4）2矿物相为主,导致砷的浸出释放水平提高;烧结温度达到1 200℃,Ca3（AsO4）2被玻璃熔融态所包围,并被转换为硅钙砷酸盐化学键接,导致砷的浸出水平显著降低.从烧结体的环境安全性考虑,最佳烧结温度为1 200℃.     

细菌介导水铁矿合成铁硫矿物去除水体铬污染

为了去除水体中六价铬(Cr(Ⅵ)),利用Shewanella oneidensis MR-1在硫代硫酸盐存在情况下驱动水铁矿转化为铁硫次生矿物制备微生物/矿物杂化体,探究了杂化体对水体中Cr(Ⅵ)去除效果,影响因素及去除机理.物相组成分析和显微形貌观察发现,细菌转化合成的黑色方硫铁矿(FeS)次生矿物纳米颗粒包裹S. oneidensis MR-1细胞从而组装形成了Bio-FeS@MR-1杂化体.所制备的杂化体4h内完全去除了初始浓度26mg/L的Cr(Ⅵ),其效率显著高于单独的等量菌体和FeS次生矿物总和,表明菌体与FeS次生矿物之间存在协同增强效应.Bio-Fe S@MR-1杂化体具有较宽的pH值适用范围(3.0～9.0)和较好的再生能力,其去除Cr(Ⅵ)的效率和重复使用次数均与FeS次生矿物含量和菌体密度成正相关.去除产物中铬主要以Cr(Ⅲ)沉淀物(如Cr₂O₃和Cr(OH)₃)形式存在,表明水体中Cr(Ⅵ)的去除方式包括吸附和还原作用.     

黏土矿物不同腐殖质组分团聚体对苯酚的封存特征

为探讨不同腐殖质组分团聚体对苯酚封存能力的影响,应用国际腐殖酸协会推荐的方法提取腐殖质,以Ca²⁺、Al³⁺、Fe³⁺为桥键离子,制备了高岭石、蒙脱石不同腐殖质组分团聚体,并采用平衡吸附/解吸试验、应用饱和吸附量与最大解吸量差减法研究了不同腐殖质组分团聚体对苯酚的封存特征.结果表明,团聚体对苯酚的吸附等温线可用Freundlich吸附/解吸方程（R²=0.991~0.998）和Langmuir吸附/解吸方程（R²=0.993~0.999）描述.高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的封存量（Q_m^irr）排序为：富里酸团聚体（（133.71±6.14）mg·kg^-1） > 胡敏酸团聚体（（49.59±8.93）mg·kg^-1） > 胡敏素团聚体（（21.68±2.95）mg·kg^-1）;封存系数（SR）排序为：富里酸团聚体（0.53±0.04） > 胡敏酸团聚体（0.27±0.05） > 胡敏素团聚体（0.18±0.03）;蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的封存量（Q_m^irr）排序为：富里酸团聚体（（319.44±8.95）mg·kg^-1） > 胡敏酸团聚体（（92.96±22.10）mg·kg^-1） > 胡敏素团聚体（（36.22±6.36）mg·kg^-1）;封存系数（SR）排序为：富里酸团聚体（0.76±0.02） > 胡敏酸团聚体（0.32±0.09） > 胡敏素团聚体（0.23±0.05）.考查腐殖质团聚体对苯酚的封存能力时不但要考虑腐殖质的含量,更要考虑腐殖质的赋存形态,它也是影响团聚体对苯酚封存能力的重要因素.富里酸、胡敏酸和胡敏素与黏土矿物结合形成有机矿质复合体后,对苯酚的封存能力发生了显著改变,团聚体对苯酚的封存系数与团聚体有机碳含量和内表面积呈显著正相关（p<0.01）,团聚体对苯酚的吸附/解吸分配系数（k/k_d）与团聚体有机碳含量和内表面积呈显著正相关（p<0.01）,土壤/沉积物团聚体的有机碳含量和内表面积是影响对苯酚封存特征的重要因素.研究显示,不同腐殖质组分团聚体对苯酚的封存能力排序为：富里酸团聚体 > 胡敏酸团聚体 > 胡敏素团聚体.     

载银施氏矿物的制备及其对甲基橙的催化还原降解

采用硼氢化钠还原方法制备了不同载银量的银纳米粒子/施氏矿物复合催化剂（AgNPs/Sch）,利用扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）等测试方法对所制备催化剂的表面形貌、元素组成和物相组成进行了表征,证明了Ag成功负载于施氏矿物上.以甲基橙为目标污染物,硼氢化钠为还原剂,考察了不同载银量施氏矿物对甲基橙的催化降解性能,并探究了载银施氏矿物的投加量、硼氢化钠浓度、 甲基橙初始浓度、溶液初始pH等因素对甲基橙的催化还原降解效果的影响.结果表明,在甲基橙浓度为20 mg?L^-1、NaBH₄浓度为10 mmol?L^-1、初始pH=6条件下,反应90 min后,未载银的施氏矿物对甲基橙的降解率仅为7.5%,然而硝酸银添加量为0.10 g制备的AgNPs/Sch对甲基橙的降解率可达97.0%,该催化剂作为电子介质,能够将电子从还原剂（NaBH₄）转移到甲基橙中,进而加速甲基橙的降解.AgNPs/Sch在最佳的实验条件下5次循环性反应后,仍具有较高的催化稳定性.由此可见,载银施氏矿物作为一种新型的催化剂,在有机染料废水净化方面具有良好的应用前景.     

碱液对填埋场浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除效果研究

为了减缓浓缩液蒸发过程设备的腐蚀和结垢问题,研究了碱液及复配药剂对浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除率,并利用多种技术手段分析表征了沉淀产物的化学组成和矿物特性,探究了Ca2+、Mg2+的去除对浓缩液水质参数和结垢量的影响。结果表明:1)当7.5 mol/L NaOH溶液投加体积比为3%,反应时间60 min时浓缩液中Ca2+、Mg2+得以有效去除,其去除率分别为89.49%和98.45%,但此条件下沉淀物的沉降性能较差。2)复配实验表明,NaOH溶液与硅藻土、Ca(OH)₂复配时,显著提高了沉淀产物的沉降性能,且Ca2+、Mg2+去除率未受到显著影响;添加1% Ca(OH)₂时沉降效果最为显著,沉降比降为36.84%,明显低于单独碱液(NaOH)的75.61%。3)对碱液沉淀产物进行化学组成和矿物特性分析可知,沉淀产物主要含有Mg(OH)₂、Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O、NaCl以及KCl等矿物。4)对浓缩液原液和碱液处理后上清液进行模拟蒸发发现,调节pH至5.0时碱液处理后结垢量低于浓缩液原液。     

黄铁矿对水体中腐殖酸的吸附特性

选择富里酸(fulvic acid,FA)和胡敏酸(humilic acid,HA)作为吸附对象,通过铁矿物吸附筛选实验,以黄铁矿(pyrite)为吸附剂研究其对水体中两种典型腐殖酸(humic acid)的吸附特性.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、纳米粒度及电位(Zeta)分析仪和比表面仪(BET)对黄铁矿进行组成及结构表征.考察了腐殖酸溶液p H、离子强度和温度等条件对黄铁矿吸附的影响.结果表明,黄铁矿是层状结构,吸附腐殖酸后,在黄铁矿表面形成了大小均匀的分子簇,且黄铁矿晶粒尺寸减小了约10 nm;黄铁矿对FA、HA的最大吸附量分别为11.8 mg·g-1和13.1 mg·g-1.随着p H增加,黄铁矿对腐殖酸的吸附量均表现为先增大后减小;离子强度(NaCl)对吸附的影响较小;随着温度升高,其吸附量不断增大.两种腐殖酸吸附数据与Langmuir吸附模型拟合良好且其吸附动力学规律均符合二级动力学模型,热力学研究表明,黄铁矿吸附两种腐殖酸均属于自发进行的吸热反应.     

烟霾：空气中更甚于雾霾的微型杀手

我们总是告诫人们减少户外活动,尽量待在室内,谁知,美国化学工程师近日却抛出种种研究,指出“室内的污染指数比户外还要高5倍!因高耗能、重污染产业增速过快;因清洁、高效、可持续开发的化学能源使用率低;因机动车数量剧增,燃料油质量低;因大型土木、基本建设量大、速度快;因厨房设备技术落后,几乎每年的每天烟霾都充驰于空气之中。     

柠檬酸-施氏矿物复合体对Cd和Pb的吸附研究

施氏矿物(Schwertmannite)是酸性矿区废水污染环境中典型的铁硫酸盐次生矿物,由于其较好的吸附能力成为矿区多种重金属的沉积库.环境中同时广泛存在着各种有机质,易与矿物结合形成有机质矿物复合体,从而影响矿物对重金属的吸附行为.目前关于有机质与施氏矿物形成的复合体对重金属的吸附研究相对较少.因此,本研究选取柠檬酸作为天然有机质的代表,研究不同环境条件下柠檬酸施氏矿物复合体对重金属Cd、Pb的吸附.结果表明,复合体保持着施氏矿物基本的矿物学特征,对重金属Cd和Pb的吸附行为表现出不同的趋势:复合体对Cd的吸附量整体上随着Cd浓度和pH值的升高而上升;相反,复合体对Pb的吸附量均比纯施氏矿物要低,并且随着柠檬酸含量的升高吸附量下降越明显;体系中共存的硫酸根离子(SO₄^2-)抑制了复合体对Cd的吸附,而对Pb的吸附则起到促进作用.XRD分析表明柠檬酸抑制了高pH下Pb在矿物表面形成PbSO₄沉淀.FTIR红外谱图进一步证明结合在复合体上的柠檬酸参与了对Cd和Pb的吸附过程.本研究结果有助于更好地预测Cd和Pb在矿区的迁移和归宿.