响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

腐殖质胶结团聚体对苯酚的富集特征

为探讨不同腐殖质组分团聚体对苯酚富集能力的影响,应用国际腐殖酸协会（IHSS）推荐方法提取腐殖质,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,采用平衡吸附法研究了不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集特征.结果表明:高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量（Q_m）大小依次为FA（富里酸）团聚体[（254.11±5.35）mg/kg] > HA（胡敏酸）团聚体[（186.14±1.61）mg/kg] > HM（胡敏素）团聚体[（120.61±1.67）mg/kg];蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量大小依次为FA团聚体[（418.72±19.14）mg/kg）] > HA团聚体[（290.00±13.06）mg/kg）] > HM团聚体[（160.46±4.92）mg/kg）];高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数（ER）大小依次为FA团聚体（2.03±0.07）> HA团聚体（1.91±0.04）> HM团聚体（1.85±0.04）;蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数大小依次为FA团聚体（2.50±0.10）> HA团聚体（2.45±0.11）> HM团聚体（1.36±0.04）.研究显示,FA团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较大,对苯酚的吸附（富集）作用较强,HM团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较小,对苯酚的吸附（富集）作用较弱.不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集能力大小表现为FA团聚体> HA团聚体> HM团聚体.因此,FA团聚体可作为控制受苯酚污染场地土壤的首选修复剂.      

针铁矿及腐残质对水体重金属离子的吸附作用

采用针铁矿、腐殖质,针铁矿－腐殖复合微粒对重合微粒对重金属离子进行了吸附－解吸实验。结果表明它们对Cu^2 ,Zn^2 有强烈的吸附作用。针铁矿对Cu^2 和Zn^2 的吸附边界pH值分别为4．3和5．8,且吸附率可达95％以上。腐殖质对Cu^2 和Zn^2 的吸附边界pH值分别为4．1和5．6,且在pH值为8时,吸附率可达96％以上。针铁矿与腐殖形成的稳定复合微粒不仅对重金属离子具有良好的吸附作用,还具有均匀性好和沉降稳定的特点,可用于土壤修复和含重金属离子的污水的处理。     

土壤粗胡敏素对铜离子的吸附作用及其影响因素

以暗棕壤为供试土壤,应用批量平衡法,研究了不同pH、离子强度、温度、Cu2+浓度和反应时间条件下,粗胡敏素(CHM)对Cu2+的吸附作用,并与相应胡敏酸(HA)的吸附作用进行了比较.结果表明:pH为2～4时,CHM对Cu2+的吸附率较低;随着pH的提高,吸附率增大;pH=7时,吸附率接近100%.随离子强度(0.01～1.00mol·L-1)增加,CHM对Cu2+的吸附量下降,其对Cu2+的吸附包括电性和专性吸附2种作用.随温度(25～45℃)的升高和Cu2+浓度(0～1000mg·L-1)的增加,CHM对Cu2+的吸附量增加,并与Langmuir方程拟合程度最好,25℃和45℃时的最大吸附量分别为12.61mg·g-1和14.31mg·g-1.CHM对Cu2+的吸附动力学过程可划分为快速(0～120min)和慢速(120～1440min)反应阶段,抛物线扩散方程拟合效果最好,与HA相比,CHM对Cu2+的吸附规律与HA相似,但其吸附量低于HA;表观热力学参数(△G、△H、△S)表明,CHM对Cu2+的吸附是自发、吸热和熵增加的过程,Cu2+在CHM上的吸附力大、活动性小、不易解吸,而在HA上的吸附力小、活动性大、容易解吸;活化能(E)和活化热力学参数(△G#、△H#、△S#)表明,CHM对Cu2+吸附所需能量多、活化熵高、吸附速率小,而HA对Cu2+吸附所需能量少、活化熵低、吸附速率大.     

黑腐酸对Cd2+的吸附响应面优化及机理研究

以山西褐煤为原材料制备黑腐酸,选择吸附温度、时间、pH值、黑腐酸用量和Cd²⁺初始浓度5个影响因素,采用Box-Behnken响应面法对吸附条件进行优化,分别建立黑腐酸对Cd²⁺的吸附容量和吸附率的二次多项式模型,确定最优吸附条件.将吸附过程拟合等温吸附方程,进行热力学分析,并对材料进行表征.结果表明,pH值、黑腐酸用量和底物浓度为黑腐酸吸附Cd的显著影响因素,优化后的条件为温度308K、时间107.82min、pH=5.55、黑腐酸用量0.05g,底物浓度95.56mg/L,表明黑腐酸是一种良好的吸附材料,吸附效果随温度的升高而增大,能够处理高浓度重金属污染.吸附过程符合Langmuir模型,308K下最大吸附量为54.20mg/g;热力学分析得ΔG⁰ < 0、ΔH⁰ > 0、ΔS⁰ > 0,即反应是自发的吸热熵增反应;黑腐酸表面粗糙多孔,具备良好的比表面积与孔隙结构,具有多种官能团,吸附反应有羟基、羧基等参与形成氢键,并与无机矿物发生离子交换.本研究可为揭示黑腐酸对重金属的吸附机理提供理论依据.     

土壤有机质级份的红外和热重特性

用红外分析(FTIR)和热失重分析法对从三种不同利用方式下的黄泥土中提取出的FA,HA及用酸性二甲基亚砜(DMSO)和HF—HCl两种方法提取胡敏素的元素组成及结构特征进行分析,结果表明：胡敏素占腐殖质总碳的60—70％,FA和HA分别占10％和15％左右;不同利用方式下土壤的DMSO-humin,HF-humin 1．HF-humin2在波数2930／1640处的吸收强度比分别为1．18—1．44,0．32—0．43,0．37—0．41;DMSO．humin在78—86℃和264-282℃出现了主要的失重峰,HF-humin1和HF—humin2的主要失重峰在333—338℃和438—458℃之间,FA和HA的主要失重峰分别在300℃和359℃左右,说明用DMSO提取的胡敏素脂肪族类物质较多,缩合程度较低;而用HF—HCl提取的则含较多的芳香族类物质,缩合程度较高．     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤腐殖物质组成及性质的影响

添加生物质炭在增加土壤固碳的同时,对土壤腐殖物质组成及性质的影响是人们关注的问题.通过室内培养试验对土壤腐殖物质进行提取和分离,利用分光光度计测定了土壤胡敏酸(HA)及富里酸(FA)的光学性质,研究了不同热解温度及施用量下生物质炭对土壤腐殖物质组成及结构的影响.结果表明:生物质炭中的类腐殖酸(LHS)含量随热解温度升高逐渐降低,但其结构趋向复杂化.与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤HA含量,并随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别增加了69.93%和48.75%,且差异达到显著水平(P0.05);FA含量在培养前期(240 d)也有所增加,但后期减少了土壤FA含量,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别减少了1.35%和5.19%,但差异并不显著(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养过程中主要降低了土壤HA和FA含量(仅在培养初期阶段引起土壤HA、FA含量的短时间增加),至培养结束时,BC500处理平均分别减少了34.38%和44.48%,BC600处理平均分别减少了42.84%和49.27%,且差异均达到显著水平(P0.05).生物质炭输入显著增加了土壤胡敏素(Hu)的含量,其中以BC500处理的增加效应最大.生物质炭输入增加了土壤H/F比,提高了土壤Hu的相对含量,增加了土壤中相对稳定性碳的比例.高温制备(400℃)的生物质炭培养结束时显著降低了土壤HA及FA的色调系数(Δlg K)和E4/E6值,使土壤腐殖物质的结构复杂化,而低温制备的则相反.从提升有机碳的稳定性考虑,在黄土高原塿土地区,在500℃条件下制备生物质炭,既能保证最大程度的增加土壤稳定性有机碳库,又提高了土壤腐殖化程度,从而提高土壤质量.     

多环芳烃（PAHs）在不同腐殖酸组分中的赋存特征和氧化降解效果研究

选取腐殖酸重要组分胡敏酸、富里酸、胡敏素为研究对象,研究了不同老化时间下多环芳烃(PAHs)在腐殖酸各组分中的赋存特征.同时,探究了过硫酸钠、高锰酸钾、芬顿试剂、过氧化氢4种氧化剂氧化PAHs过程中污染物在腐殖酸和上清液中的分布情况,确定胡敏酸、富里酸、胡敏素中PAHs的降解效率.实验结果表明,PAHs在胡敏素中存在吸附滞后现象,老化前期胡敏素对PAHs的吸附速率慢、吸附量少,但老化后期出现吸附量的反超,因此,胡敏素、胡敏酸和富里酸中PAHs的最终吸附量并没有明显差异.高环PAHs在3种腐殖酸组分中的吸附速率和最终吸附量远小于低、中环PAHs.过硫酸钠和高锰酸钾能够较好地去除胡敏酸、富里酸、胡敏素中的大部分PAHs,去除率均在95%左右,芬顿试剂对胡敏酸、富里酸和胡敏素中总PAHs的去除效果差别不大,去除率均在79.36%~88.05%之间;过氧化氢对胡敏酸和胡敏素中PAHs的去除率分别为82.82%和61.77%,而对富里酸中PAHs的去除效果最差,去除率仅为43.96%.过硫酸钠和高锰酸钾是氧化PAHs类有机污染土壤的最佳氧化剂,能够有效提高不同组分腐殖酸中PAHs的去除率.     

粗胡敏素对粪固醇的吸附及其影响因素

采用批量震荡法模拟粪固醇在粗胡敏素-水两相中的迁移,研究了粪固醇在粗胡敏素上的吸附行为,同时考察了温度、盐度、pH对吸附行为的影响。结果表明:温度升高不利于吸附进行,温度升高可增加粪固醇的溶解度,粗胡敏素中亲水性基团向水中释放都不利于吸附的进行。盐度升高有利于吸附,而pH的改变对吸附影响不大,当pH在10.0左右,粪固醇吸附量最低。正交实验显示,温度、盐度、pH对吸附都有影响,影响顺序依次为:温度>pH>盐度。温度、盐度、pH的改变对粪醇/(粪醇+二氢胆固醇)[5β/(5β+5α)-C27]、粪醇/24-乙基粪醇(Coprostanol/24-ethylcoprostanol)、粪醇/胆固醇(coprostanol/cholesterol)、24-乙基粪醇/谷甾醇(24-ethyl coprostanol/sitosterol)、24-乙基粪醇/(24-乙基粪醇+加氢谷甾醇)[5β/(5β+5α)-C29]5个比值指标影响较小,其比值指标可以作为粪便污染的指示物。     

PCB138在两种土壤及其有机质组分中解吸特征研究

为探讨多氯联苯在污染土壤中的解吸特性,选用南北方两种典型土壤,红壤和黑土为研究介质,以六氯联苯PCB138为目标污染物,探讨PCB138在红壤和黑土原土,以及从两种土壤中提取出的有机质组分胡敏酸和胡敏素中的解吸行为,并探讨土壤理化性质与解吸速率和解吸量之间的关系。实验结果表明,PCB138在两种土壤及其有机质组分中的解吸在360 min时达到动态平衡。准一级、准二级、叶洛维奇和内扩散模型四种动力学模型拟合结果显示,准二级动力学方程R²值为0.911~0.998,拟合效果最好。PCB138在黑土中的解吸速率和解吸量要略大于红壤中的相应数值。Freundlich、Langmuir和D-R等温模型拟合结果显示,Freundlich模型能更好的描述PCB138在土壤及其有机质组分中的解吸过程,有机碳归一化分配系数K_oc值由大到小依次为胡敏素>原土>胡敏酸。当温度由25℃升高到45℃时,PCB138在土壤及其组分中的解吸量随之减小。热力学数据计算结果显示ΔG^°>0,ΔH^°和ΔS^°值均小于0,说明PCB138在两种土壤及其组分中的解吸是非自发的放热反应,同时在解吸过程中固液界面的无序性和体系混乱度减小。Pearson相关性分析结果显示,PCB138在土壤中的解吸速率、解吸量与其组分中有机质质量分数和比表面积相关性不显著。