向海湿地河道土壤吸附铅、镉能力的研究

利用向海湿地河道上、下游土壤样品进行了吸附铅、镉的热力学实验,结果表明土壤样品吸附铅、镉的过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附曲线(n=8,p=0.01),吸附铅的能力约是吸附镉能力的一个数量级,下游断面土壤样品吸附铅、镉的能力明显大于上游断面,且土壤样品吸附铅、镉的最大吸附量与土壤中的细粒土壤、有机质和铁、锰氧化物含量存在显著的相关性,即土壤样品的理化性质是影响土壤吸附铅、镉能力的主要因素;同时,根据向海湿地河道上、下游土壤样品理化性质的差异,可以推测向海湿地净化污染物功能在逐渐减弱。     

Removal of Cu2+ and Cd2+ from Aqueous Solution by Bentonite Clay Modified with Binary Mixture of Goethite and Humic Acid

Pre-modification of bentonite clay with goethite, humic acid, and a binary mixture of goethite and humic acid reagents increased its cation exchange capacity from 95 to 105.32, 120.4, and 125.8 meq/100 g of bentonite clay, respectively. The effective pre-modification of bentonite clay with goethite, humic acid, and goethite–humic acid reagents was confirmed from their Fourier transform infrared spectra which suggested that modification was effective on the AlAlOH and Si–O sites for goethite and humic acid modification and AlAlOH for goethite–humic acid modification. The presence of 0.001 M NaNO₃ electrolyte increased the adsorption capacity of bentonite clay. Temperature was observed to favor the adsorption of Cu²⁺ and Cd²⁺ onto both the raw and modified bentonite clay samples. The goethite–humic acid-modified bentonite gave the best adsorption capacity of ≈10 and 16 mg/g at 30 and 50°C, respectively, for both metal ions. The inner sphere complexation mechanism was suggested for the adsorption of both metal ions onto the modified adsorbents. Modifying bentonite clay with a binary mixture of goethite and humic acid reduced the selectivity of bentonite clay for either Cu²⁺ or Cd²⁺. Preadsorbed goethite and humic acid on bentonite clay will further reduce the mobility of heavy metal ions in soils and in aquatic environments.     

磷和柠檬酸共存对高岭石和针铁矿吸附铅的影响

通过平衡吸附试验及矿物电动电位(Zeta电位)的变化分析,研究了磷(P)和柠檬酸(CA)共存对针铁矿和高岭石吸附铅的影响。结果表明:(1)针铁矿和高岭石对铅的吸附量随柠檬酸浓度的升高呈现"峰形"曲线变化,铅吸附量达到峰值的柠檬酸浓度均为0.5 mmol L~(-1),不同浓度磷存在下柠檬酸对矿物吸附Pb2+量有不同程度增加。(2)随着磷添加浓度的增加,两种矿物对铅吸附量均呈增加趋势,磷添加浓度分别为1 mmol L~(-1)和0.6 mmol L~(-1)时,针铁矿和高岭石吸附铅量达到平衡;当处理中添加不同浓度柠檬酸,两种矿物均表现为对铅的吸附量增加,且随着柠檬酸浓度增加促进铅吸附的作用增强,说明在磷及试验浓度柠檬酸存在下促进了矿物对铅的吸附。(3)高岭石体系中,加入磷或(和)柠檬酸后,Zeta电位-pH曲线向负值方向位移,降低程度大小顺序为1.0 mmol L~(-1) P+0.5mmol L~(-1) CA0.5 mmol L~(-1) CA1.0 mmol L~(-1) P,说明高岭石表面增加的负电荷也部分增加了其对铅的电性吸附;添加磷和柠檬酸处理针铁矿的Zeta电位显著降低,且随着体系pH的升高其Zeta电位没有明显变化,表明磷和柠檬酸均主要是通过吸附到针铁矿表面而增加对铅的专性吸附。     

碱蓬对Pb~(2+)、Cd~(2+)单一及复合胁迫的反应及其吸收累积特征

采用室外盆栽模拟方法,比较并分析了Pb~(2+)、Cd~(2+)单一及复合胁迫对碱蓬生长的影响及其对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸收和累积规律。结果表明:在单一Pb~(2+)、Cd~(2+)胁迫下,低浓度时(Pb~(2+)20mg/kg、Cd~(2+)5mg/kg)促进碱蓬生长,高浓度时(Pb~(2+)200mg/kg、Cd~(2+)≥20mg/kg)抑制碱蓬生长,富集系数(BF)均1。Pb~(2+)、Cd~(2+)复合胁迫时,情况较复杂,既有拮抗作用,又有协同作用,与2种重金属浓度密切相关。碱蓬对Cd~(2+)的BF受Pb~(2+)影响显著,且均1,表明碱蓬是Cd~(2+)的超富集植物;碱蓬对Pb~(2+)的BF主要受Pb~(2+)自身浓度大小的影响,当Pb~(2+)浓度≤200mg/kg时Pb~(2+)的BF1,Pb~(2+)浓度200mg/kg时碱蓬对Pb~(2+)的BF反而减小,且1,加入Cd~(2+)对其影响不显著。碱蓬对Pb~(2+)、Cd~(2+)的富集吸收模式基本符合简单二次方程,这为研究碱蓬在Pb~(2+)、Cd~(2+)复合胁迫下的吸收累积机制提供理论依据,有利于碱蓬被应用于Pb~(2+)、Cd~(2+)污染的高盐碱地区的植物修复实践。     

土壤铅和镉溶出伏安法检测中影响因素及其削弱方法研究进展

溶出伏安法具有分析速度快、成本低、灵敏度高等优点被广泛应用于检测土壤重金属含量,但在检测土壤重金属时,溶出伏安检测精度会受到多方面因素的影响。该文在介绍溶出伏安法工作原理的基础上,从伏安参数、试验条件和土壤物质成分三方面阐述溶出伏安法检测土壤Pb2+和Cd2+为的影响因素,解析各因素的影响机理,归纳影响削弱方法的研究进展。研究结论为：方波脉冲阳极溶出伏安法最常用于检测土壤Pb2+和Cd2+,伏安参数包括脉冲幅值、电压增量和脉冲频率,试验条件包括沉积时间、沉积电压和支持电解质种类及其pH值,土壤成分主要干扰因素包括非目标重金属和有机质。针对伏安参数和试验条件的影响可以设计优化试验有效削弱。针对非目标重金属和有机质的干扰影响,目前研究还没有提出有效的削弱方法。最后,展望了溶出伏安法检测土壤重金属的未来发展方向。     

Measurement of Pb2+, Cu2+ and Cd2+ binding with mucilage exudates from maize (Zea mays L.) roots

Summary The pectic nature of root mucilages suggests a hypothetical action of these substances on heavy metal flux into the root. In this study the existence of relations between heavy metals and root mucilages were verified and quantified. In order to obtain substantial amounts of pure root mucilages, two methods of collection were developed, using: (1) maize plants grown in the field and (2) hydroponic axenic cultures. The study of mucilage-metal binding was conducted using the dialysis method, which was developed in a previous work. Results show that root mucilages are able to bind metals. The importance of the binding depends on the nature of the cation, following the order Pb > Cu > Cd. These reactions could be due to exchange processes involving mucilage cations (Ca²⁺, Mg²⁺) and heavy metals. The role of mucilages on the retention of heavy metals in the rhizosphere is also discussed.     

Differential Complexation between Zn2+ and Cd2+ with Fulvic Acid: A Computational Chemistry Study

Fulvic (FA) and humic acids (HA) from the solubilization of organic matter are significant agents of the complex of metallic ions in soil and water. Cadmium ions are important natural water pollutants which are discharged along with electroplating and zinc metallurgy liquid wastes, zinc and cadmium being always associated with isomorphic substitution. In this paper we study the complexes formed by Zn²⁺ and Cd²⁺ with fulvic acids, using computational chemistry. We carried out relative free energy calculations using a thermodynamic cycle and Free Energy Pertubation (FEP) and Density Functional Theory (DFT-B3LYP/6-31G**) methods. We also computed the interaction energies between orbitals from Natural Bond Order (NBO) calculations. Cd-FA complexes, octahedral with four water molecules in the coordination sphere are more stable than Zn-FA complexes, tetrahedral with two water molecules. This means that FA should be a better ligand for Cd²⁺ bioavailability and toxicity in natural aquatic environments.     

柠檬酸对黄壤无机纳米微粒吸附-解吸Cd~(2+)的影响

通过超声-离心-冻融的方法,提取名山河流域老冲积黄壤中的纳米微粒(≤100nm),以原土及提取的纳米微粒为研究对象,采用平衡液吸附法及NaNO3、HCl解吸剂解吸法进行室内吸附-解吸模拟试验,研究柠檬酸对黄壤纳米微粒吸附-解吸Cd2+特性的影响。结果表明,纳米微粒对Cd2+的吸附率(94.58%~97.29%)远大于原土对Cd2+的吸附率(45.02%~69.00%),这说明纳米微粒对Cd2+有较强的固持能力;原土及纳米微粒对Cd2+的吸附量随初始Cd2+浓度的增加而明显增加,且低浓度阶段(0.1~1mmol/L)吸附量的增加速率高于高浓度阶段,说明低浓度柠檬酸能促进无机纳米微粒对Cd2+的吸附,而较高浓度的柠檬酸则会抑制Cd2+的吸附;Freundlich、Temkin方程对等温吸附过程的拟合均达到了极显著水平(P0.01),Langmuir方程达到显著水平(P0.05),其中Freundlich方程拟合效果最佳,说明土壤纳米微粒对Cd2+的吸附为多层吸附。通过NaNO3、HCl溶液解吸法可以看出,黄壤无机纳米颗粒对Cd2+的吸附主要以专性吸附为主,非专性吸附质量分数随着Cd2+吸附量增加而增大,而专性吸附质量分数随着Cd2+吸附量增加而减少,原土的专性及非专性吸附解吸率均大于纳米微粒,进一步表明黄壤纳米微粒对Cd2+的固持能力强,有较强的环境缓冲能力。     

Equilibrium and Kinetic Characteristic of Adsorption of Cu2+, Pb2+ on a Novel Anionic Starch Microspheres

Neutral starch microspheres (NSMs) were synthesized with epichlorohydrin as the cross-linking agent from soluble starch by inverse microemulsion method. Anionic starch microspheres (ASMs) were prepared from NSMs by the secondary polymerization with chloroacetic acid as the anionic etherifying agent. Scanning electron microscopy (SEM) revealed that microspheres had good sphericity and fine dispersibility, and the average particle size was about 75 ??m. The adsorption procedure of Cu²⁺, Pb²⁺ on ASMs was carried out by batch experiments, Langmuir and Freundlich adsorption models were applied to describe the experimental isotherms, the adsorption equilibrium data were found to fit the Langmuir and Freundlich isotherm model, the Freundlich isotherm was more adequate than the Langmuir isotherm in simulating the adsorption isotherm of Cu²⁺,the adsorption of Cu²⁺, Pb²⁺ on ASMs was a spontaneous, the isosteric heat of adsorption at different adsorption levels was always negative and indicative of an exothermic process. The pseudo first- and second-order kinetic models were used to describe the kinetic data, and the rate constants were evaluated. The experimental data fitted well to the second-order kinetic model, which indicated that the chemical sorption was the rate-limiting step, instead of mass transfer.     

重金属Cd2+、Pb2+胁迫对小白菜生理及其BcMT2a基因表达的影响

为探明小白菜对Cd~(2+)、Pb~(2+)单一及其复合胁迫的响应机理,以不同浓度Cd~(2+)、Pb~(2+)处理小白菜幼苗,对其生物量、生理指标(POD、SOD、CAT活性及MDA含量)及Cd~(2+)、Pb~(2+)在小白菜中的富集情况进行研究,同时克隆与重金属富集相关的金属硫蛋白基因BcMT2a并对其表达特异性进行分析。结果表明:除低浓度Cd~(2+)(10mg/L)对小白菜的根长和地上部分生长有一定的促进作用外,Cd~(2+)、Pb~(2+)及Cd~(2+)—Pb~(2+)处理对小白菜根长和地上部分生长均有一定的抑制作用,且随着浓度的升高,抑制作用逐渐增强;抗氧化酶系统中,POD与SOD活性较高,且与CAT活性均呈现先升后降的趋势。Cd~(2+)浓度为40mg/L时,MDA含量达到最大值。Cd~(2+)、Pb~(2+)在小白菜各组织中的积累顺序依次为根茎叶,且Pb~(2+)在一定程度上能够促进Cd~(2+)的吸收。BcMT2a基因编码的蛋白主要存在于细胞核中,属于易突变亲水性蛋白,该基因的相对表达量在一定浓度范围内可随着Cd~(2+)、Pb~(2+)及Cd2—Pb~(2+)浓度的升高而增加,且相对表达量的趋势与抗氧化酶系统结果基本一致,说明小白菜在受到Cd~(2+)、Pb~(2+)及Cd~(2+)—Pb~(2+)胁迫时,抗氧化酶系统与BcMT2a基因有明显的应答,可增加小白菜对Cd~(2+)、Pb~(2+)的耐受性。     

不同蛋白源有机肥在分解过程中对Pb2+的吸附解吸特征

有机肥在不同分解阶段的组成与性质不同,对环境污染物的吸附能力以及它们在土壤中的环境行为和作用机制会表现出极大的差异。采用化学分析、吸附解吸、傅里叶红外等方法研究豆粕、骨粉、虾肽的基本理化性质及其对Pb²⁺的吸附解吸特征。结果表明,豆粕和骨粉在未矿化分解时对Pb²⁺的吸附曲线均符合Freundlich模型,矿化分解后的Pb²⁺吸附曲线符合Langmuir模型,而虾肽分解前后Pb²⁺吸附曲线都符合Langmuir模型。豆粕和骨粉、虾肽在分解过程中对Pb²⁺的吸附曲线符合准二级动力学方程。未分解时虾肽最大吸附量最大(246.01 mg/g),随着矿化分解的进行豆粕的最大吸附量上升,并在分解12个月时达到最大(316.42 mg/g)。3种蛋白源有机肥吸附Pb²⁺的主要形态是离子交换态和氢键结合态、络合态。蛋白源商品有机肥中含氧官能团可能对吸附Pb²⁺起主要的作用。因此,应优先考虑施用豆粕有机肥,但豆粕、骨粉、虾肽在矿化分解的过程中可能存在吸...     

铅锌矿尾矿坝分离节杆菌12-1对Pb~(2+)的耐受和吸附性能研究

当前铅资源的粗放式开采和使用对环境造成了严重的污染。利用微生物修复铅污染具有费用低、易操作、环境友好等优点,在水体和土壤铅污染治理中具有很好的应用前景。为了了解微生物对铅的吸附特性,本研究从铅锌矿尾矿坝分离到的一株耐铅节杆菌(Arthrobacter sp.)12-1(Gen Bank登录号:KM362724),并研究其对铅的吸附过程和作用机制。研究耐铅节杆菌12-1在含不同Pb2+浓度LB培养基中的生长情况表明,其最高可耐受800 mg/L Pb2+。在水溶液中,经24 h吸附,耐铅节杆菌12-1可将Pb2+浓度从105 mg/L降至2.17 mg/L,吸附率为97.93%。显微成像(原子力显微镜,扫描电镜)观察和能谱分析表明,耐铅节杆菌12-1吸附铅后在细胞表面形成含铅的矿物。傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析表明,耐铅节杆菌12-1细胞上的羧基、酰胺和磷酸基团可能参与了铅的吸附和固定过程。以上结果表明,从铅锌矿尾矿坝分离到的耐铅节杆菌12-1对铅具有较好的耐受和吸附能力,显示其在铅污染环境修复中具有潜在的应用前景。本研究为细菌修复铅污染环境的实践提供了理论基础。     

Adsorption Characteristics of Zn2+ Ions onto Different Aggregate Size Fractions of Some Calcareous Soils and their Relationship with Soil Properties

Eurasian Soil Science - Soils are exposed to potentially toxic trace elements (PTEs) such as zinc (Zn) through various ways. Adsorption of Zn in soils is one of factors affecting its availability...     

小麦秸秆两性吸附剂的制备及其去除水中Pb2+和As5+的机制

为探究利用废弃农业生物质制备两性吸附材料处理含Pb2+和As5+废水方法,该文通过醚化反应将2种具有“钳形”结构的改性剂（阳离子改性剂IA和阴离子改性剂IM）接枝到小麦秸秆的纤维素上,制备高效两性吸附材料WS-IAIM。利用扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱对其结构进行表征。通过批量处理试验,研究了该材料对水中Pb2+和As5+的去除能力和可能的吸附机理,探讨了其吸附动力学和热力学。结果表明：随着溶液pH值的增加,吸附剂对Pb2+的吸附量增大,对As5+的吸附量减少,吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学模型。根据Langmuir模型,在313 K时,对Pb2+和As5+的理论最大吸附量分别为180.12和27.48 mg/g。吸附热力学和动力学分析结果表明,该吸附是一个自发的化学吸热过程。WS-IAIM对Pb2+和As5+吸附过程的吸附机理以离子交换和络合作用为主。该吸附材料重复使用5次后,对2种重金属离子的吸附量仍然可达159.3和19.8 mg/g。研究结果可为农作物秸秆的源化利用和水体环境中复杂重金属净化提供理论依据。     

2︰1和1︰1型黏土矿物胶体凝聚中Hofmeister效应的比较研究

土壤胶体是土壤具备肥力与生态功能的物质基础,土壤胶体凝聚与分散影响着土壤中一系列微观过程和宏观现象。采用动态光散射技术比较研究三种碱金属阳离子(Li+、Na+、K+)引发不同类型黏土矿物(2︰1型蒙脱石和1︰1型高岭石)胶体凝聚中的Hofmeister效应。研究发现,Li+、Na+、K+作用下蒙脱石、高岭石胶体的凝聚速率、临界聚沉浓度及活化能都存在明显差异,表现出强烈的Hofmeister效应。当电解质浓度为20 mmol·L–1时,K+引发蒙脱石胶体凝聚的速率为66.61 nm·min–1,远高于Na+、Li+引发蒙脱石胶体凝聚速率(5.93、4.41 nm·min–1);而与之对应的临界聚沉浓度则呈现K+(蒙脱石21.8 mmol·L–1、高岭石34.6 mmol·L–1)低于Na+(蒙脱石57.6 mmol·L–1、高岭石85.8 mmol·L–1)低于Li+(蒙脱石81.8 mmol·L–1、高岭石113.9 mmol·L–1)规律,胶体凝聚中活化能可合理解释此现象。电解质浓度为25 mmol·L–1时,Li+、Na+、K+引发蒙脱石、高岭石胶体凝聚的活化能分别为1.97 kT、1.43 kT、0 kT和2.94 kT、1.71 kT、0.49 kT,说明蒙脱石、高岭石胶体凝聚过程中Hofmeister效应序列均为Li+相似文献   

磁流体改性制备磁性肉骨生物炭及其对Cd2+的吸附特性

病死水产品(以非正常死亡鲤鱼为例)制成肉骨生物炭(Carp meat bone Biochar,CBC)应用于Cd2+污染修复,是实现水产养殖废弃物无害化、减量化和资源化处置的新途径.采用磁流体对CBC进行改性制备磁性肉骨生物炭(Magnetic Carp meat bone Biochar,MCBC),并考察磁流体改...     

中国农田土壤重金属富集状况及其空间分布研究

梳理国内外农田土壤重金属污染修复的研究热点及最新进展,总结有效的修复治理技术及实际效果,为我国重金属污染农田的安全利用提供依据。利用COOC和VOSviewer文献计量工具,以中国知网（CNKI）全文数据库和Web of Science核心合集数据库（WOS）为数据检索源,对2010 ~ 2021年农田土壤重金属污染修复与治理领域的相关文献进行知识图谱的可视化分析。在2010 ~ 2021年间,国内外对农田土壤重金属修复研究文献数量呈快速增长态势,且英文文献的增长率明显高于中文文献。我国在农田土壤重金属污染修复领域的研究占有绝对领先地位（发文量占比率最高,达26.8%）,对全球重金属污染治理工作的贡献最大。国内外在该领域发文期刊（TOP 3）有：《农业环境科学学报》《安徽农业科学》《环境工程学报》《Environmental Science and Pollution Research》《Chemosphere》《Journal of Hazardous Materials》。关注的重金属种类主要是镉、铅、砷等。国内外的研究学者呈“小聚体、大分散”的特点,合作关系有待进一步加强。通过关键词分析表明,固化/稳定化技术和植物修复技术在中英文献中的研究比重均较高（约80%）,是目前研究的重点和热点。从田间试验的修复效果来看（以镉污染为例）,低积累作物品种种植（籽粒降镉率达67.9%）、无机－有机组配（42.7%）以及叶面阻控技术（39.9%）在降镉方面表现出较好的效果,未来还需将其与农艺措施（如间套作、水分调控）、微生物菌剂等联合配施,以实现更好的田间修复和治理效果。