木薯渣基生物质炭对水中Cd2+ Cu2+的吸附行为研究

以木薯渣为原料,制备不同温度(350、450、550℃)的生物质炭(BC350、BC450、BC550),对其性质进行表征,探究吸附时间、溶液初始浓度、温度、p H对生物质炭吸附Cd~(2+)、Cu~(2+)作用的影响。结果表明:生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附平衡时间随着生物质炭热解温度的升高而缩短,伪二级动力学模型能较好地描述吸附动力学特性(R20.983)。吸附等温线符合Freundlich模型和Langmuir模型,但Freundlich模型拟合的线性更好,R2分别在0.951~0.998和0.992~0.998之间,说明生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附为多层吸附。lg KF值表示吸附能力,随生物质炭热解温度的升高而增大,说明BC550吸附效果最好,对Cd~(2+)、Cu~(2+)的最大吸附量分别为15.55和5.44 mg·g-1。生物质炭对Cd~(2+)、Cu~(2+)的吸附具有自发的特性,吸附量随p H的增加先增加后下降,最适p H分别为5.5和6.5。     

两种离子液体对Cd2+在四种土壤上吸附的影响

研究了2,3-吡啶二羧酸和咪唑-4,5-二羧酸两种离子液体阳离子部分对Cd~(2+)在四种不同性质土壤上吸附的影响。结果表明,离子液体的存在显著影响了Cd~(2+)在土壤中的吸附,与对照相比,添加1 mmol·L-12,3-吡啶二羧酸使得Cd~(2+)在武进漂洗型水稻土、吴县潴育型水稻土、南京黄褐土和宜兴棕红壤四种土壤上的最大吸附量分别降低209、834、667、509 mg·kg~(-1),而添加1 mmol·L~(-1)咪唑-4,5-二羧酸使Cd~(2+)最大吸附量分别降低226、54、124、81 mg·kg~(-1),2,3-吡啶二羧酸对Cd~(2+)在供试土壤上吸附量的影响显著大于咪唑-4,5-二羧酸。基于离子选择电极分析了平衡液中自由态Cd~(2+)含量,发现两种离子液体都能与Cd~(2+)络合,从而降低平衡液中Cd~(2+)含量,其中2,3-吡啶二羧酸与Cd~(2+)的络合能力大于咪唑-4,5-二羧酸。两种离子液体进入环境,会使Cd~(2+)在土壤上的吸附量减少,从而增加Cd~(2+)的移动性和环境风险。     

玉米秸秆炭对红壤镉吸附及养分含量、赋存形态的影响

为明确玉米秸秆炭添加对土壤重金属镉(Cd)的吸附固持及主要养分元素N、P形态转化的影响,以土壤质量0%、2%、4%和8%的比例向红壤中加入玉米秸秆生物质炭材料,混合后培养35 d,通过等温吸附实验探究玉米秸秆炭施加对红壤中Cd~(2+)吸附的影响及其作用机制,并结合逐级化学提取法对红壤养分元素N、P和K的生物可利用性及其赋存形态变化进行研究。结果表明,玉米秸秆炭的施加能增加红壤p H值和有机碳总量,并显著提高红壤上Cd~(2+)的吸附量,Freundlich和Langmuir方程均能够较好拟合该等温吸附过程(R20.90);SEM-EDAX分析表明生物质炭吸附了部分土壤中的Cd~(2+),在p H 4~8范围内,土壤p H值的增大促进了红壤对Cd~(2+)的吸附;土壤悬液Zeta电位结果表明玉米秸秆炭的施加增加了土壤表面的负电荷量,使得红壤通过静电吸附作用结合更多的Cd~(2+)。此外,生物质炭的施加提高了土壤中离子交换态磷(KCl-P)、离子交换态氮(IEF-N)和速效钾含量,土壤中不同形态磷(Ca-P、Fe-P)含量随着生物质炭的增加均呈现上升趋势,而土壤中总可转化态氮(TTN)的含量则变化不明显。以上结果表明,玉米秸秆炭的施用能有效降低重金属污染土壤的环境风险,提高土壤质量。     

牛粪和核桃壳生物炭对水溶液中Cd2+和Zn2+的吸附研究

为有效去除水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+),以牛粪和核桃壳为原料,在不同热解温度下制取生物炭,采用等温吸附法和动力吸附法研究生物炭对水溶液中Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附效果和动力学特性,通过生物炭吸附前后的XRD和FTIR表征对比,探究其吸附机理。结果表明:生物质原材料的种类和热裂解温度是影响生物炭吸附效果的两大因素,牛粪生物炭比核桃壳生物炭吸附效果好,700℃制备的生物炭比300℃制备的生物炭吸附效果好;生物炭对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附符合Langmuir方程;700℃制备的牛粪生物炭(DM700)对Cd~(2+)和Zn~(2+)的吸附性能最佳,饱和吸附量分别为117.5 mg·g~(-1)和59.4 mg·g~(-1),其吸附过程由快速吸附和慢速吸附两个阶段组成,符合准二级动力学方程;吸附机理主要是生物炭中的羟基和羧基与Cd~(2+)、Zn~(2+)间发生离子交换和络合反应,Cd~(2+)、Zn~(2+)被吸附后进一步生成CdCO_3和Zn_3(PO_4)_2沉淀。这说明,DM700具备作为水溶液中Cd~(2+)、Zn~(2+)吸附剂的潜力,本研究为生物炭去除水中重金属和土壤重金属污染的修复提供了理论依据与应用参考。     

低分子量有机酸对茶园土壤团聚体吸附Cu2+的影响

为探讨低分子量有机酸对茶园土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响,探明蒙山茶园土壤中铜的环境化学行为,以蒙山茶园土壤为对象,通过超声波分散法、沉降-虹吸法等提取土壤团聚体,采用批实验法研究了低分子量有机酸(柠檬酸、苹果酸、草酸)对土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响。结果表明:茶园土壤原土及各粒径土壤团聚体对Cu~(2+)的吸附量均随着Cu~(2+)浓度的增加而增加,而随低分子量有机酸加入浓度的增加呈现先增加后降低的趋势,受到土壤团聚体比表面积、游离氧化铁、阳离子交换量以及有机质等的影响,吸附量大小顺序为(0.002 mm)粒径组0.053~0.002 mm粒径组原土2~0.25 mm粒径组0.25~0.053 mm粒径组;应用Langmuir、Freundlich、Temkin三种方程对其等温吸附过程的拟合均达到了显著水平(P0.05),其中Langmuir方程的拟合效果最佳;低分子量有机酸对土壤吸附Cu~(2+)的影响先表现为促进作用,随着加入量的增加转为抑制作用,柠檬酸、苹果酸浓度在0~1 mmol·L~(-1),草酸浓度在0~0.1 mmol·L~(-1)能促进土壤团聚体对Cu~(2+)的吸附,而柠檬酸、苹果酸浓度1 mmol·L~(-1),草酸浓度0.1 mmol·L~(-1)时却抑制其吸附,柠檬酸、苹果酸为0.5 mmol·L~(-1)时吸附量达到最大。综上可知,低分子量有机酸对土壤团聚体吸附Cu~(2+)的影响受有机酸种类、浓度及土壤团聚体大小的综合作用。     

黄棕壤土柱中铁锰的淋溶淀积及其对Pb2+的吸附解吸

以湖北省孝感市的黄棕壤B层土壤为装柱材料,在干湿交替(pH=5)条件下,分别加入不同浓度(0~0.08 mol/L)FeSO_4和MnCl_2的铁、锰混合溶液,淋溶土柱60次,分析土壤中游离态和非晶质态铁、锰氧化物的淋溶淀积规律及其对重金属Pb~(2+)的吸附与解吸特点。结果表明:当淋溶液的铁浓度分别为0.04和0.08 mol/L时,淋溶液中锰浓度增加,土壤中的锰含量呈增加趋势,铁含量无明显变化;淋溶后土壤中游离和非晶质铁氧化物的淀积量均高于锰氧化物的淀积量,同一处理土柱上层(0~10 cm)的铁、锰淀积量基本上大于下层(20~30cm);淋溶60次后,土壤样品对Pb~(2+)的吸附量随平衡溶液浓度的增大而增加,上层的最大吸附量为167 mmol/kg,下层的最大吸附量为195 mmol/kg;淋溶后黄棕壤对Pb~(2+)的吸附量随土壤中锰淀积量的增加而增加,而对Pb~(2+)的解吸量却呈相反的趋势;Pb~(2+)的解吸量随其吸附量的增加而增加。     

改性凹凸棒土添加对盆栽小麦植株重金属离子吸收的影响

凹凸棒石吸附性能优异,作为土壤重金属污染调理剂研发的基础材料,应用前景十分广泛。本研究通过盆栽试验对比热活化改性、无机改性、有机改性材料添加对春小麦植株重金属离子吸收的影响,结果表明:热活化改性凹凸棒土添加显著地降低了盆栽小麦植株体内Cu~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)四种重金属离子的含量,且随着热活化温度和添加量的升高,降低的幅度也越大。当热活化温度为400℃时,相比凹凸棒土原矿土Cd~(2+)吸附性能提升11.46%,对Pb~(2+)吸附性能提升0.54%,对Zn~(2+)吸附性能提升2.48%,对Cu~(2+)吸附性能略有下降;热活化温度为500℃时,相比凹凸棒土原矿土对Cu~(2+)吸附性能上升26.88%,Cd~(2+)吸附性能提升74.18%,对Pb~(2+)吸附性能提升11.18%,对Zn~(2+)吸附性能提升60.47%;热活化温度为600℃时,相比凹凸棒土原矿土对Cu~(2+)吸附性能上升36.86%,Cd~(2+)吸附性能提升177.52%,对Pb~(2+)吸附性能提升18.57%,对Zn~(2+)吸附性能提升67.97%。当无机改性试剂为氢氧化钠时,相比凹凸棒土原矿土对Cu~(2+)吸附性能提升37.56%,对Cd~(2+)吸附性能提升141.89%,对Pb~(2+)吸附性能提升16.15%,对Zn~(2+)吸附性能提升37.40%。当有机试剂为C1时,相比凹凸棒土原矿土对Cu~(2+)吸附性能提升1%,对Cd~(2+)吸附性能提升31.05%,对Pb~(2+)吸附性能提升0.34%,对Zn~(2+)吸附性能下降54.72%。当有机改性试剂为C2、C3、C4时,均减小了凹凸棒土对重金属的吸附性能。因此在凹凸棒土重金属调理的研发过程中,应该避免使用有机改性工艺。     

Cu2+和Zn2+在土壤电场中的极化对黑土胶体凝聚的影响

金属离子在土壤胶体固-液界面上的行为差异引起土壤胶体絮凝过程的差异,并深刻影响土壤溶液中养分或污染物的迁移转化。为明确Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子界面行为对土壤胶体凝聚的影响,本文选取黑土胶体为研究对象,利用动态/静态光散射技术研究专性吸附离子Cu和Zn体系中不同离子浓度条件下黑土胶体的凝聚行为。结果表明:(1)Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子引发黑土胶体凝聚的机制相似,均是低浓度下的慢速凝聚和高浓度下的快速凝聚,达到快速凝聚机制后,胶体的总体平均凝聚速率受离子种类影响较小。(2)Cu~(2+)对黑土胶体聚沉能力大于Zn~(2+),Zn~(2+)的临界聚沉浓度是Cu~(2+)的3.51倍,在黑土胶体的凝聚过程中存在强烈的离子特异性效应。(3)两种离子体系中颗粒间相互作用的活化能差异随离子浓度的降低而增大。此两种离子在凝聚作用的较大差异性源于Cu~(2+)较Zn~(2+)对有机配位体有较强的亲和力,以及黑土胶体表面附近强电场对离子的强烈极化作用扩大了两种离子本身的微小差异。     

皂角苷对土壤中重金属的解吸过程及机制

以Pb、Cd、Zn复合污染土壤为供试样品,采用振荡法考察皂角苷对土壤中重金属的解吸效果、解吸过程以及解吸前后的形态变化,并采用傅立叶红外变换光谱分析了解吸机制,结果表明：皂角苷质量分数为3%时,对Pb、Cd、Zn的解吸率分别为10.86%、41.25%和8.45%,再增加皂角苷浓度,其解吸效果无明显增加;Pb、Cd、Zn的解吸过程均分为快反应和慢反应2个阶段,均为非均相扩散过程;经皂角苷解吸后,Pb的残渣态和碳酸盐结态含量分别下降42.31%和35.39%,水溶态及可交换态含量稍有增加,其他形态含量无明显变化;Cd的水溶态及可交换态、碳酸盐态、Fe-Mn氧化物态、有机结合态和残渣态含量分别下降48.25%、58.70%、54.39%、32.16%和41.82%;Zn的碳酸盐态含量降低29.19%,水溶态及可交换态含量显著增加,其他形态无明显变化;皂角苷是通过羧基基团与重金属配位形成可溶络合物而达到解吸效果的,与Zn的络合能力相对较弱。     

胶质芽孢杆菌絮凝剂特性及其对Pb2+的吸附作用

【目的】研究胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginous)MY6-2的絮凝特性及其对重金属Pb~(2+)的吸附作用,为微生物絮凝剂的实际应用提供参考。【方法】通过发酵、醇沉、透析、冷冻干燥得到胶质芽孢杆菌MY6-2生物絮凝剂;研究pH、絮凝剂用量、金属助凝剂及其用量、加热对MY6-2絮凝剂活性的影响;分析溶液pH、Pb~(2+)初始质量浓度及絮凝剂用量对MY6-2絮凝剂吸附Pb~(2+)的影响。【结果】MY6-2絮凝剂的主要成分为多糖,占样品的65.68%;最佳絮凝条件为:pH7.0,絮凝剂用量20mL/L,助凝剂金属离子为Ca~(2+)(质量分数1%,用量为20mL/L),在此条件下MY6-2絮凝活性可达到95%以上。在100℃水浴中加热30min絮凝活性无明显变化,表明该絮凝剂具有良好的热稳定性。MY6-2絮凝剂对Pb~(2+)的最佳吸附条件为:pH 4.0、Pb~(2+)初始质量浓度100~500 mg/L、絮凝剂用量80mL/L,在此条件下,MY6-2絮凝剂对Pb~(2+)的絮凝活性均在80%以上。【结论】MY6-2絮凝剂具有较高的絮凝活性,对重金属Pb~(2+)具有较高的吸附活性,且生产成本低,安全性高,具有较高的推广应用价值。     

BS+DT和BS+SDS复配修饰红壤对Cd2+吸附的比较

为了比较两性-阳离子和两性-阴离子复配修饰可变电荷土壤对Cd~(2+)吸附的差异,采用阳离子型表面修饰剂十二烷基三甲基溴化铵(DT)和阴离子型表面修饰剂十二烷基磺酸钠(SDS)分别对十二烷基二甲基甜菜碱(BS)两性修饰红壤进行复配修饰,以批处理法研究各供试土样的等温吸附及热力学特征,并对比了修饰比例、温度、pH和离子强度对吸附的影响。结果表明:阳、阴离子对两性修饰红壤的复配修饰具有相反的效应,BS+DT复配修饰红壤对Cd~(2+)吸附量随DT修饰比例的增加而减小,BS+SDS复配修饰红壤对Cd~(2+)的吸附量随SDS修饰比例的增加而增加。供试土样对Cd~(2+)饱和吸附量呈现出BS+SDSBSCK(红壤)BS+DT的规律,Sips模型能够较好地描述Cd~(2+)在各供试土样上的吸附机制。各供试土样对Cd~(2+)的吸附均呈现出吸热、熵增、自发的特征,低离子强度和高pH有利于Cd~(2+)的吸附。可变电荷土壤表面负电荷数量较少是造成阳、阴离子复配修饰对Cd~(2+)吸附差异的关键因素。     

土壤中铜与阿特拉津交互作用下的吸附行为研究

农业土壤中重金属-有机农药复合污染普遍存在,以常见的重金属污染元素铜和具有代表性的三嗪类除草剂阿特拉津(AT)为目标物,通过批量平衡吸附实验考查了两者共存时的吸附等温线变化,并对交互作用下离子强度、有机质含量和p H值等因素对两者吸附过程的影响进行了研究,以期揭示铜与阿特拉津吸附过程的交互作用规律以及土壤环境因子对吸附交互作用的影响。结果表明:在土壤-水体系中,AT和Cu2+的吸附行为发生了交互影响,Cu2+的存在减小了土壤中AT的吸附;低浓度的AT明显抑制了Cu2+的吸附,而在较高浓度时(≥5 mg·L-1),抑制作用随AT浓度增加而减弱。交互作用下,有机质含量的影响与单一吸附情况相同,有机质含量减少,两者的吸附量皆下降;离子强度和p H值的影响与单一污染相比有所变化,两者的吸附量皆随离子强度增加而减少,其中AT的变化趋势与单独存在时相反;实验范围内,酸性条件对土壤吸附铜的抑制作用变得不再明显。     

不同盐碱化土壤对NH4+吸附特性研究

为探求NH₄⁺在不同盐碱化土壤中吸附特性的变化规律，采用平衡吸附法分别从吸附行为与影响因素探究氮素在轻度、中度、重度盐碱化土壤中的吸附效果。结果表明： 3种供试土壤对NH₄⁺的吸附量随盐碱化程度的加深而增大，平衡吸附量为：重度盐碱化土壤 > 中度盐碱化土壤 > 轻度盐碱化土壤，吸附过程符合Langmuir吸附模型；准二级动力学方程能更好地描述不同盐碱化程度土壤对铵态氮吸附过程，吸附平衡时间为720 min；3种供试土壤对铵态氮的吸附反应均是自发、放热及混乱度增加的过程；背景液pH（3.0~9.0）范围内，3种供试土壤对铵态氮的吸附量随pH值上升而增大；添加不同浓度的Na⁺、Ca²⁺、Al³⁺溶液，3种供试土壤对铵态氮的吸附量随离子浓度的增加而减少。研究表明，提高溶液pH值能增强盐碱土对铵态氮的吸附能力；温度、离子价态增加则不利于吸附，土壤盐碱化程度提高，对铵态氮的吸附能力有所增强，限制了铵态氮的迁移，污染风险有所降低。     

Pb2+对甘肃纹党种子萌发和幼苗生理特性的影响

以甘肃道地中药材纹党(Codonopsis pilosula)为对象，通过室内培养试验，研究不同浓度10^-6、10^-5、10^-4、10^-3 mol/L Pb²⁺处理对纹党种子萌发、幼苗生长以及生理特性的影响，为探究Pb²⁺污染对纹党品质的影响提供依据。结果表明，Pb²⁺对纹党种子吸胀过程中相对吸水量的增加有抑制作用，随着Pb²⁺浓度的提高，党参种子的萌发率、萌发指数、幼苗生长及根尖微核和有丝分裂率变化，表现出先升高后降低的趋势；低浓度的Pb²⁺处理能够促进叶绿素的形成，高浓度则抑制叶绿素形成；可溶性糖、游离脯氨酸和丙二醛含量，随Pb²⁺浓度的升高而增加；Pb²⁺对SOD、POD和CAT活性有较强的抑制作用。可见，生物测定结果大多达到显著差异水平。     

Ca2+对Cd2+胁迫下板蓝根种子萌发及幼苗抗氧化酶活性的影响

研究了Cd²⁺（10 mg·L^-1、30 mg·L^-1）胁迫下不同浓度Ca²⁺（0、80、160、320 mg·L^-1）对板蓝根种子萌发、幼苗抗氧化酶系统及蛋白质含量的影响。结果表明：低浓度Ca²⁺（80、160 mg·L^-1）可缓解Cd²⁺毒害,显著提高板蓝根种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数,促进蛋白质含量的增加,提高SOD、POD、CAT活性,且160　mg·L^-1 Ca²⁺缓解效果最好,缓解能力随Cd²⁺浓度的升高有所下降;高浓度Ca²⁺（320 mg·L^-1）与Cd²⁺作用,反而抑制了板蓝根种子的萌发,幼苗的POD、SOD、CAT活性及蛋白质含量下降。低浓度Ca²⁺可以显著提高板蓝根的抗性,对Cd²⁺毒害起缓解作用,高浓度的Ca²⁺与Cd²⁺对板蓝根种子起协同毒害作用。     

改性棕榈树纤维生物质炭的制备及其对溶液中Pb2+的吸附性能分析

为提高生物质炭对重金属的吸附性能,以棕榈树纤维为原材料制备了棕榈树纤维生物质炭(NPB)、KOH活化正交优化生物质炭(PB)及负载改性纳米二氧化硅生物质炭(PBS)。分别采用红外光谱、扫描电镜等对制备的生物质炭进行表征,比较了其碘吸附值大小及对水中Pb~(2+)的吸附效果,并分析了吸附动力学和等温吸附特性。结果表明:PB、PBS较NPB增加了表面吸附位点,比表面积、总孔体积及最大吸附容量显著增加,PB吸附Pb~(2+)的过程符合准二级动力学模型,PBS吸附Pb~(2+)的过程符合准一级动力学模型,PB、PBS对Pb~(2+)的最大吸附容量分别为110.89、151.63 mg·g~(-1);通过比较Langmuir和Freundlich模型拟合方程相关参数可知,PB、PBS对Pb~(2+)的吸附过程为匀质、单双层同时进行,更加符合Langmuir方程。研究表明,PBS对Pb~(2+)的吸附性能最好(较PB吸附性能提升了1.37倍),负载改性效果显著,具有良好的应用潜力。     

外源一氧化氮对铅胁迫下玉米幼苗的缓解作用

为探讨Pb胁迫下外源一氧化氮（NO）对玉米幼苗伤害的缓解作用,利用室内盆栽试验研究了外源NO供体硝普钠（SNP）对铅（Pb）处理下玉米（Zea mays）幼苗生长及生理特性的影响。结果表明：与对照相比,1.0 mmol·L^-1 Pb处理明显抑制了玉米幼苗的生长,减缓了玉米幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量的积累,抗氧化酶活性下降,叶绿素含量减少,丙二醛（MDA）含量增加、质膜透性增大;添加0.1 mmol·L^-1的SNP明显缓解了Pb胁迫对玉米幼苗生长的抑制作用,提高Pb胁迫下超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性,增加了幼苗叶绿素和脯氨酸含量,促进了可溶性糖和可溶性蛋白的积累,降低了MDA含 量、细胞质膜的透性。外源NO对Pb胁迫下玉米生长有一定的缓解作用,可以增强玉米幼苗对Pb毒害的抗性。