铁氧化物-硅酸盐复合物的形成、性质及其对砷的固定

铁氧化物与硅酸盐矿物是土壤中最重要、最活跃的固相组分,它们之间的交互作用直接影响土壤物理化学特性,可有效地调控土壤(类)重金属的迁移、转化。本文以铁氧化物和硅酸盐矿物胶结过程中的一些表观特征变化为出发点,从宏观、表观到微观综述了二者交互作用的界面特性和机理、交互作用前后对土壤砷的固定与释放机制等内容。本文阐明层状硅酸盐与铁氧化物通过多种化学作用而发生表面复合,其中静电作用是作用力之一,带负电荷的硅酸盐与带正电荷的铁氧化物在静电引力的作用下迅速结合,在胶体表面双电层上形成二元团聚体;形成的二元团聚体可改变土壤矿物的表面积和孔性结构、表面电化学特性和物理性质。同时,铁氧化物-硅酸盐复合物表面的活性基团可以通过内层络合共氧的方式将土壤中AsO_4~(2-)络合,形成单核或双核表面络合物而固定砷。复合物对AsO_4~(2-)的吸附能力介于铁氧化物和硅酸盐矿物之间,并更接近铁氧化物的表面吸附特性。本文旨在为土壤砷的原位固定提供理论支撑。     

红壤不同发育程度对重金属离子Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）吸附的影响

分别从安徽郎溪、湖南长沙和广西柳州采集发育于第四纪红色黏土母质的红壤,研究土壤发育程度对重金属离子Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）吸附的影响以及重金属离子在红壤表面的吸附机制,为土壤重金属污染防治和修复提供参考。结果表明,3种红壤对Cu（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）的吸附量均随土壤发育程度的增加、阳离子交换量的降低而减小,其吸附量大小依次为：安徽红壤〉湖南红壤〉广西红壤;在相同条件下,3种红壤对Cu（Ⅱ）的吸附量大于对Cd（Ⅱ）的吸附量。广西红壤对Cu（Ⅱ）的吸附量随着介质离子强度的增大而降低,说明重金属离子在红壤表面上的吸附机制随着所处介质条件的变化而变化。     

重金属对高岭石吸附苯噻酰草胺的影响

吸附是农药在土壤环境中行为和归宿的重要过程。农药在土壤矿物上的吸附直接影响农药在土壤中的迁移、转化和生物利用等过程。了解农药在土壤中的吸附,对于预测和评价农药对土壤、地下水的潜在危害,开展土壤修复具有十分重要的意义。采用天然土壤矿物作为吸附剂,通过批量平衡法,研究了重金属与苯噻酰草胺共存时对高岭石吸附的影响,以此模拟苯噻酰草胺在复合污染中的吸附行为。结果表明,3种的重金属离子(Cu~(2+)、Zn~(2+)、Cr~6)均可增加高岭石对苯噻酰草胺的吸附量;3种重金属离子存在时,苯噻酰草胺在高岭石中的吸附符合Freundlich和线性等温方程;由于重金属离子种类和浓度不同,高岭石对苯噻酰草胺的吸附存在一定的影响;苯噻酰草胺主要是通过氢键、电荷转移、电荷-偶极键形式吸附在高岭石中。     

铁氧化物固定重金属的综述与展望

该文概述了铁氧化物的来源和其在地球的分布运移情况,阐述了铁氧化物转换特征和铁氧化物对重金属的吸附机理,分析了影响铁氧化物固定重金属的环境因子。并就铁氧化物对重金属固定的研究进行了展望,以期为铁氧化物在重金属污染土染修复中的应用提供理论参考。     

农药在土壤中的吸附及其影响因素

土壤对农药的吸附作用是农药在土壤中的重要迁移转化行为之一,它对土壤环境质量的变化有着重要的影响。阐述了农药在土壤中吸附的几种作用机理,以及影响农药吸附的主要因素,例如土壤有机质、粘土矿物、pH值、离子强度、温度和表面活性剂等,并提出了今后农药吸附的研究方向。     

(微)塑料污染对土壤生态系统的影响:进展与思考

近年来土壤重金属污染已经成为全球性的环境问题。而汞作为五大毒性重金属元素之一,其在土壤中的迁移转化不仅会影响作物的正常生长,还会对农产品质量和安全造成严重威胁。土壤pH是影响汞迁移转化的重要因素之一,对其作用机理的不断探索已经成为近年来的研究热点。本文在前人的研究基础上,概述了土壤中汞的来源、危害及存在形态,并从汞的生物有效性及迁移转化过程两个方面详细阐述了土壤pH对汞迁移转化的影响机制。研究表明,酸性条件可能会使土壤中有效态汞的含量增加,进而导致其生物有效性提高,迁移能力增强;土壤pH对汞迁移转化过程中吸附-解吸的影响较大;土壤pH对汞迁移转化过程中络合-螯合、氧化-还原及甲基化反应的影响机理分别体现在离子竞争吸附、价态变化及甲基化促使因子的合成等方面。最后对今后的研究方向作出展望,旨在为汞污染土壤的修复与治理及汞污染扩散模型的建立提供参考依据。     

重金属阳离子对可变电荷土壤吸附Cl-的诱导效应

选择3种代表性可变电荷土壤(红壤、砖红壤和黄壤)用一次平衡法研究了3种重金属离子(Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ))对土壤吸附Cl-的影响.结果表明,与含钠离子的对照体系相比,重金属离子促进了土壤对Cl-的吸附,3种重金属离子影响Cl-吸附的大小顺序为:Pb(Ⅱ)＞Cu(Ⅱ)＜ Cd(Ⅱ),这与土壤对这3种重金属离子吸附量的大小顺序一致.重金属离子对3种土壤中Cl-吸附促进作用的大小顺序为:砖红壤＞黄壤＞红壤,也与土壤对重金属吸附量的大小一致.Cl在土壤表面主要以静电吸附为主,重金属离子可以通过3种机制促进可变电荷土壤对Cl-的吸附:(1)重金属离子在可变电荷土壤表面的专性吸附增加土壤的表面正电荷,从而增加土壤对Cl-的静电吸附量;(2)重金属阳离子降低了体系的pH,导致土壤表面正电荷增加,对Cl-的静电吸附量增加;(3)重金属阳离子与Cl-形成MCl 型络合物,当这种络合物被土壤吸附时,土壤对Cl-的吸附量增加.但3种机制中以前2种为主.     

不同粒径铁锰结核的地球化学特征的研究

[目的]了解一些重金属元素在土壤中的迁移、溶解和沉淀及影响条件：[方法]对黎塘岩溶区不同粒径铁锰结核的颜色及元素含量进行了研究。[结果]结果表明,该区域的铁锰结核主要是高铁低锰的结核;对于不同粒径的氧化物含量各不相同,同一粒径的氧化物含量中以氧化铁为主;而在重金属含量中,该区域的铁锰结核主要是富集Cr（Ⅵ）、Pb等几种元素。[结论]研究结果对植物的吸收、作物营养的有效性和土壤的改良等都具有重要的意义.     

功能纳米材料在重金属污染水体修复中的应用研究进展

重金属污染对水体生态和人体健康会造成严重危害,通过纳米材料来去除重金属是一个简单便捷的方法,受到了广泛的关注以及研究。本文主要综述了纳米零价铁、铁氧化物、硫化铁、碳纳米管、石墨烯、锰氧化物、铝氧化物、二氧化钛、聚合物纳米材料和壳聚糖纳米材料等几种纳米材料对水中重金属污染修复研究进展。对它们去除重金属的机理也进行了探讨,纳米材料对重金属的去除机理主要包括物理吸附、化学吸附、氧化还原、光催化还原以及共沉淀等。并通过表格的形式对它们的优缺点、机理以及改进方法进行了总结归纳。同时,本文对影响重金属去除的几个因素(溶液pH值、重金属浓度、吸附时间、温度、纳米材料性能、离子强度以及共离子影响)进行了归纳总结。最后,对未来纳米材料在修复重金属方面的研究进行了展望。     

基于恒电容表面络合模型预测土壤中As（Ⅴ）吸附行为研究

吸附是控制As在土壤中迁移的重要过程之一,为了预测As（Ⅴ）在土壤中的吸附过程,使用恒电容表面络合模型（CCM）模拟As （Ⅴ）在土壤中的吸附行为,获取As （Ⅴ）在土壤上吸附的表面络合常数,建立土壤基本理化性质（pH、有机质、碳酸钙、无定形铁/铝/锰、总铁）与As （Ⅴ）表面络合参数的线性回归模型,以阐明As在土壤中吸附的主控因子。结果显示,As （Ⅴ）在不同类型的土壤中表现出不同的吸附特征,恒电容模型能够很好地模拟As（Ⅴ）在不同pH下的吸附特性（R²为0.71~0.96）,通过CCM模型拟合得到As（Ⅴ）在土壤表面的3个表面络合常数,绝大部分土壤lg K₁比lg K₂和lg K₃的值要大,说明As（Ⅴ）在土壤中的吸附相较于单齿络合物更偏向于形成双齿双核的络合物。As （Ⅴ）表面络合常数与土壤性质间的回归分析结果表明,As （Ⅴ）表面络合常数主要受土壤pH和无定形铁、无定形锰含量的影响。为了进一步验证上述线性模型的普适性,利用文献数据中土壤性质数据预测不同土壤上As（Ⅴ）的表面络合常数,并结合CCM模型预测了As（Ⅴ）在文献土壤中的吸附量,预测值和实测值具有很好的相关性,说明该模型具有一定的普适性。     

植物根系限制重(类)金属吸收/转运的因素及其机制

当前土壤重(类)金属污染导致的农作物重(类)金属超标已成为我国居民严重关切的问题之一。在重(类)金属胁迫下,植物自身具备了相应的机制来减少其对重(类)金属的吸收富集,这些机制主要与土壤-植物根系系统中发生的一些物理、化学和生物学过程有关。本综述阐述了与植物根系相关的限制重(类)金属吸收/转运因素及其机制,主要包括:1)根系的一些分泌物能通过与重金属螯合降低其有效性,从而达到固定重金属的目的;2)在重(类)金属胁迫下,植物根系增加粗根比例,降低细根数量并减少根比表面积,从而降低与重(类)金属接触的几率并影响重(类)金属的吸收;3)水生植物根系表面形成氧化铁/锰化合物胶体,这些胶体能吸附阴阳离子,从而束缚重(类)金属;4)植物根系表面具有相应的吸附位点,具有相似性质的离子会对这些位点产生竞争,从而降低重(类)金属进入根系细胞的几率;5)细胞壁组分含有的基团可与重金属结合,从而束缚大量的重金属;6)植物根系内皮层凯氏带能阻断重(类)金属在皮层与维管柱之间的质外体运输,从而阻止重(类)金属向地上部分转运;7)具有相似性质的金属离子可对根系细胞膜上的离子通道展开竞争,这一过程影响重(类)金属的吸收;8)在细胞中游离的重(类)金属可被区隔到根系液泡中,从而减少其毒性以及向地上部分的转运;9)根系细胞膜上的一些基因的表达限制了重金属由根系向地上部分的转运。综上所述,植物主要通过减少根系与重(类)金属接触几率、吸附机制、离子竞争性吸收、以及区隔化作用等机制来降低重(类)金属的吸收和转运。但关于细胞壁组分在束缚阴离子形态存在类金属的相关机制还不清楚,尚待进一步明晰和阐明。     

土壤样品中重金属化学形态模型的发展与应用

土壤中重金属的化学形态与其生物有效性和环境迁移性密切相关。相比于实验室分析手段,化学模型计算具有能揭示化学形态分布全景指纹和具有预测能力的优势。文章综述了天然环境样品中元素化学形态模型的发展、经验性和机理性模型的特征、离子在天然有机质(以NICA-Donnan模型为例)和金属氧化物(以CD-MUSIC模型为例)吸附的先进表面络合模型、建立环境样品机理性模型面临的挑战。重点就天然有机质、金属氧化物和"活性"重金属总量等模型输入值的确定方法作了介绍,并结合镉和砷分别作为金属阳离子和含氧阴离子的典型代表,具体阐述了模型在土壤中重金属元素化学形态分布上的应用。总结了机理性化学形态模型在天然环境样品应用的发展现状,并对模型应用面临的问题和后期的发展做出了展望。     

铝同晶替代对水铁矿向赤铁矿转化的影响

为明确铝(Al)等异质离子对水铁矿转化过程的影响,以现代光谱学技术(粉末X射线衍射和X射线吸收光谱)为主要手段,研究铝同晶替代对水铁矿向赤铁矿转化过程的影响。研究结果表明,铝替代水铁矿向赤铁矿转化的过程中存在着颗粒组装以及Ostwald熟化过程。一方面,Al~(3+)同晶替代会降低水铁矿向赤铁矿的转化速率;另一方面,Al~(3+)会促进水铁矿结构中的共边[FeO_6]八面体向共面[FeO_6]八面体转化,导致水铁矿向赤铁矿转化。     

Microbial Remediation of Heavy Metal(loid)Contaminated Soil: A Review

Because of the rapid development of industrial processes, increased urban pollution and agricultural chemicals applied in recent years, heavy metal(loid) pollution in soil has been very serious, and there is an urgent need for fast and efficient removal of heavy metal(loid) pollution. Currently, environmental microorganisms are always used to perform biological alteration or improvement of soils and sewage. Using functional microorganisms that are resistant to toxic heavy metal(loid) ions for alteration and transformation of heavy metal(loid)s in ionic form is an effective measure for microbial remediation of heavy metal(loid)contaminated soil. This paper reviewed the microbial remediation mechanism of heavy metal(loid) contaminated soils, and the approaches for breeding bacteria those can be used for highly efficient removal of heavy metal(loid)s, as well as the application examples of microbial remediation and transformation of heavy metal(loid) contaminated soil, and finally described the future trends and further research work of heavy metal(loid) contaminated soils by microbial remediation.     

土壤镉和砷污染钝化修复材料及科学计量研究

使用Web of Science(WOS)核心合集数据库统计了5年内(2014—2018年)关于土壤镉(Cd)和砷(As)单一污染的情况,发现土壤Cd和As污染依然受到人们的广泛关注,且我国在该领域发文最多。利用CiteSpace软件分析发现施用钝化修复材料是土壤Cd和As污染治理的热点修复技术之一。基于此,本文综述了常见的钝化修复材料及其钝化机理,并分别对钝化修复材料的室内研究和修复实践进行总结,发现无机类钝化修复材料中石灰类主要通过调节土壤pH值改变重金属有效性;磷酸盐类分别通过共沉淀和点位竞争机制钝化重金属;金属及其氧化物类通过表面络合和还原作用对重金属的钝化效果更好;黏土矿物中海泡石和坡缕石廉价绿色且具有较大的比表面积,对重金属的钝化效果较好。有机类钝化剂中生物炭类为研究热点材料之一,因表面拥有丰富的官能团和较大的比表面积,其对重金属表现出良好的钝化修复效果;有机废弃物含高度腐殖化的有机质和微生物,对重金属钝化效果较好。此外,对国内外典型的Cd和As污染实践修复工程进行介绍,发现金属及其氧化物、堆肥、生物炭以及廉价易获得的石灰和黏土矿物施用较广。最后,讨论了钝化修复材料施用中亟需解决的问题。     

百色不同功能区土壤重金属形态分布及其生态风险评价

在百色城区及周边县城选择城市中心区、矿区和工业区采集土壤,分析其重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn)的含量及存在形态.结果表明,城市中心区土壤的重金属含量处于无污染水平,属于轻微生态危害程度;而工业区和矿区土壤的重金属含量超出百色土壤背景值,污染较严重,属于极强生态危害程度,其中Cd对土壤RI的贡献最大.不同功能区土壤重金属的分布形态特征既有相似性又有差异性.城市中心区、工业区与矿区土壤中,Cd的可交换态含量较高,占总量的18.2％～29.5％;Mn则主要以铁-锰氧化物结合态和残余态的形式存在;其余重金属元素(As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)以残余态为主,占总量的70％以上.     

微生物与重金属作用机理研究

以微生物与重金属相互作用为对象,结合近年来国内外研究,系统地说明了5种主要分子作用机理,分别为细胞表面吸附、主动运输、细胞内隔绝、胞外沉淀及酶的解毒作用。对重金属产生抗性的基因位于微生物的染色体、质粒和转座子上。最后介绍了多种抗性菌株,并就研究和应用前景进行了分析。     

Size-driven structural and thermodynamic complexity in iron oxides

Iron oxides occur ubiquitously in environmental, geological, planetary, and technological settings. They exist in a rich variety of structures and hydration states. They are commonly fine-grained (nanophase) and poorly crystalline. This review summarizes recently measured thermodynamic data on their formation and surface energies. These data are essential for calculating the thermodynamic stability fields of the various iron oxide and oxyhydroxide phases and understanding their occurrence in natural and anthropogenic environments. The competition between surface enthalpy and the energetics of phase transformation leads to the general conclusion that polymorphs metastable as micrometer-sized or larger crystals can often be thermodynamically stabilized at the nanoscale. Such size-driven crossovers in stability help to explain patterns of occurrence of different iron oxides in nature.