α-Fe2O3 对Cr(Ⅲ)的等温吸附特征研究

由于工农业生产中对铬的处理不力,造成土壤及地下水的严重污染。铬对人体的毒害能引起皮炎、湿疹、气管炎和鼻炎,并有致癌作用。重金属离子与土壤、矿物的相互作用是重金属环境地球化学循环的主要环节,而重金属在水体和土壤中的迁移转化过程主要表现为金属离子在矿物界面的吸附/解吸和沉淀作用[1]。矿物对重金属的吸附可以减轻或缓解环境污染。赤铁矿是一种重要的铁氧化物,是酸性土壤中广泛存在的稳定矿物之一,由于具有较大表面积、较多表面活性官能团以及较强的电荷可变性,使其对土壤的物理化学特性,尤其是对营养元素和污染物质、重金属离子的吸持、迁移、有效性和毒性均有着极其重要的作用。金属氧化物尤其是铁锰氧化物与重金属离子的     

水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸及氧化行为

采取等温吸附热力学方法,探讨了锰氧化合物(水钠锰矿)对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸和氧化特征及温度、pH等因素对其影响。研究结果表明,随着Cr(Ⅲ)初始加入量的增加,总铬吸附量逐渐增大,用Langmuir方程可以很好地描述吸附等温线数据;达到反应平衡时,水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的氧化量与加入初始Cr(Ⅲ)的浓度呈极显著线性正相关,而水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的氧化率,随初始Cr(Ⅲ)浓度增加而减小;温度是影响水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的吸附和氧化的重要因素,35℃时的吸附量显著低于25℃时的吸附量,而35℃时的氧化量、氧化率明显高于25℃时的氧化量、氧化率,表明升温对吸附反应不利,而对氧化反应有利;溶液酸度对于Cr(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,随着pH的升高,Cr(Ⅲ)离子氧化量、氧化率增大,然而,水钠锰矿对总Cr的吸附量则随着pH的升高而减小,表明pH的升高有利于氧化反应,而对吸附反应不利。     

腐植酸吸附土壤Cr(Ⅵ)条件优化

在单因素试验基础上,采用二次回归正交旋转组合设计对腐植酸去除土壤中Cr(Ⅵ)进行了优化,建立了土壤Cr(Ⅵ)潜在去除率与HA浓度(x1)、pH(x2)、反应接触时间(x3)和反应温度(x4)四个因素间的正交回归模型:Y=60.27012-2.22158X1+2.92002X3-4.29138X21-2.53068X22-2.00566X24-2.35375X1X2+3.68250X1X3-1.99875X1X4-1.99875X2X3+3.68250X2X4-2.35375X3X4。从模型推知,当HA浓度为1.86 g/L、pH值5.5、振荡时间为8.6h和反应温度25.2℃时,土壤中Cr(Ⅵ)潜在去除率最大,达80.0%。验证结果与模型值相符。     

三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附研究

采用批量吸附试验,研究实验室制备的水铁矿、磁铁矿和纤铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能。结果表明,在p H中性条件下,结晶差的水铁矿吸附砷的能力明显优于结晶较好的磁铁矿和纤铁矿,准二级动力学方程拟合效果较好,说明存在多种吸附过程,并可能涉及专性吸附作用;在酸性条件下,三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力大小顺序均为水铁矿磁铁矿纤铁矿,铁氧化物吸附As(Ⅴ)的能力优于As(Ⅲ),Langmiur方程和Freundlich方程拟合效果均较好,说明铁氧化物对砷的吸附为均匀介质表面的单层吸附或非均匀介质表面的多层吸附;在弱酸至弱碱范围内,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附效果均较好且吸附量变化不大,强酸和强碱条件都会引起铁氧化物吸附As(Ⅲ)量的降低,三种铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附均随着p H升高而逐渐减少;由于竞争吸附作用,磷酸盐浓度的增加使三种铁氧化物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附显著减少;随着腐殖酸浓度的增加,三种铁氧化物对As(Ⅲ)的吸附能力逐渐减小,低浓度的腐殖酸微弱地促进铁氧化物对As(Ⅴ)的吸附,高浓度的腐殖酸抑制As(Ⅴ)的吸附。     

可变电荷土壤对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附及二者的竞争作用

三种可变电荷土壤对砷的吸附实验结果表明,在pH3~7范围内,As(Ⅲ)的吸附量随pH的升高而增加,三种土壤对As(Ⅲ)吸附能力的大小顺序为砖红壤>黄壤>红壤。红壤和砖红壤对As(Ⅴ)的吸附量随pH的升高而降低,黄壤中呈相反的变化趋势,三种土壤对As(Ⅴ)吸附能力的大小顺序是黄壤>砖红壤>红壤。三种可变电荷土壤对As(Ⅴ)的吸附能力较对As(Ⅲ)大得多,砷的吸附量既与土壤游离氧化铁的含量有关,又与氧化铁的结晶形态密切联系,由于黄壤中水化氧化铁在游离铁中所占比例较高,其对As(Ⅴ)吸附能力较砖红壤和红壤大。As(Ⅲ)与As(Ⅴ)共存体系的研究结果表明,两种形态的砷可以竞争可变电荷土壤表面的吸附位,但在酸性条件下As(Ⅴ)较As(Ⅲ)有更强的竞争能力,因为As(Ⅴ)使土壤对As(Ⅲ)的吸附量显著减小,而As(Ⅲ)对红壤和砖红壤吸附As(Ⅴ)有一定的影响,对黄壤中As(Ⅴ)的吸附几乎没有影响。     

农业废弃物核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附特征研究

以核桃壳粉为吸附剂,通过批试验探讨了体系初始pH值、吸附剂用量、温度等因素对水溶液中Cr（Ⅵ）吸附的影响,并讨论了吸附过程中Cr的化学形态变化和吸附过程的热力学特征。结果表明,核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附最佳pH为1．0。向50mL50mg·L^-1的Cr（Ⅵ）溶液中加入0．5g核桃壳粉,对溶液中Cr（Ⅵ）的去除可达95．39％,吸附过程伴随着氧化还原反应的发生;随着体系温度的升高,核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附量增加,吸附过程符合二级动力学过程,Langmuir模型能较好地反映吸附过程特征。对吸附热力学参数ΔG^0,ΔH°和△S°计算表明,吸附过程是吸热的自发过程,升高温度有利核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附,在301、308和318K条件下的最大吸附量分别为20．54、26．00和29．53g·kg^-1。试验结合FTIR和SEM手段,对核桃壳粉进行了分析,发现核桃壳粉对Cr（Ⅵ）的吸附是一个包含氧化还原的极其复杂的反应过程,核桃壳粉是具有吸附污水中铬的能力和潜在利用价值的生物质吸附剂。     

几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性Ⅱ.pH、离子强度、温度等因素的影响

以我国几种土壤中铁锰结核为材料 ,研究了不同pH、离子强度和温度条件下氧化锰矿物对Cr(Ⅲ )的氧化。结果表明 :随着体系pH的降低、离子强度的增加以及温度的升高 ,供试铁锰结核对Cr(Ⅲ )的氧化量增加 ,这除了与其氧化还原反应本身消耗H 有关外 ,还与氧化锰矿物表面电荷性质和电位变化、共存的氧化铁矿物有关。而上述因素的变化导致N2 1、N4 1号样氧化Cr(Ⅲ )的增幅比N5 1号样的大 ,则可能与氧化锰矿物的结晶程度、晶体构造和铁锰结核中Mn(Ⅳ )的含量等有关     

不同土壤对Cr吸附的动力学特征

该文采用振荡平衡法比较了来自中国15 个省区16 种土壤对Cr（VI）的吸附及其动力学特性,并探讨了土壤pH值、阳离子交换量、黏粒含量和有机质对Cr（VI）吸附及其动力学参数的影响。结果表明：具有较低土壤pH值和较高物理黏粒含量的土壤对Cr（VI）具有较大的表观吸附量,而土壤阳离子交换量和有机质因素对土壤Cr（VI）的表观吸附量影响较小。酸性土壤对Cr（VI）吸附能力较强,可以采用一级动力学方程和抛物线方程描述Cr（VI）在酸性土壤中的动力学行为,且土壤的表观吸附速率和平衡时的吸附量与土壤的pH值呈显著（p＜0.05）负相关关系,而与物理黏粒含量呈显著（p＜0.01）正相关关系;而碱性土壤对Cr（VI）吸附能力较小,很难用动力学方程描述其吸附动力学特性。可见,土壤pH值不仅影响土壤对Cr（VI）的表观吸附量,并且对Cr（VI）表观吸附动力学特征产生了较大影响。     

腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附特征与机制

通过扫描电镜、元素分析和红外光谱研究了腐植酸的结构形态,通过分析腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附动力学特征、吸附等温曲线、外界条件对腐植酸吸附Se(Ⅳ)的影响以及腐植酸对Se(Ⅳ)的解吸特性,探讨了腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附特征及机制。结果表明：腐植酸腐殖化程度高,比表面积较大,可为Se(Ⅳ)提供更多的吸附位点。腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附能力随p H降低以及Se(Ⅳ)初始浓度、腐植酸含量增加而增强。腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附主要发生在前15min,吸附过程符合准二级动力学方程;Freundlich等温吸附模型能较好地描述其等温吸附过程。腐植酸对Se(Ⅳ)的吸附与C=O、C–O、C=C、O–H、N–H等官能团相关,吸附机制为静电引力与配体交换。     

EDTA-2Na对改善含Fe(Ⅲ)食品中商陆色素稳定性的研究

为探索天然商陆色素在含Fe(Ⅲ)食品中的应用,以商陆果色素原液为试验材料,通过添加Fe(Ⅲ)与EDTA-2Na的方法,研究了食品中Fe(Ⅲ)对商陆色素稳定性的影响及EDTA-2Na对改善含铁食品中商陆色素稳定性的效果。结果表明：Fe(Ⅲ)会降低商陆色素的吸光度保留率及热稳定性,色素的稳定性与Fe(Ⅲ)浓度、加热时间呈负相关;在含Fe(Ⅲ)食品中添加EDTA-2Na,可改善商陆色素的稳定性,当EDTA-2Na与Fe(Ⅲ)摩尔数比大于1时,色素的吸光度保留率在85%以上;色素的稳定性与Fe(Ⅲ)和EDTA-2Na的加入顺序有关,“Fe(Ⅲ)+EDTA-2Na+色素”的加入顺序色素的吸光度保留率最高。     

溶液培养条件下腐殖酸对Cr(Ⅵ)微生物还原的影响

探明铬(Cr)的氧化还原作用机制对于深入认识其污染过程特征进而制订科学的防控措施有重要意义。本研究采用从山西大同风化煤、河南巩县褐煤和云南昆明滇池底泥中提取的腐殖酸(分别记为HAs、HAh、HAk),通过分别添加,以及共同添加葡萄糖和不同制备来源或不同浓度的腐殖酸,并接种水稻土悬液,研究了溶液培养条件下腐殖酸对Cr(Ⅵ)的微生物还原过程的影响。结果表明:在有充足碳源存在条件下腐殖酸能够发挥其电子传递作用促进Cr(Ⅵ)的微生物还原过程。腐殖酸促进Cr(Ⅵ)还原的作用随其添加浓度的升高而增强,腐殖酸浓度为0.02 g/L时其促进作用较微弱,而2.00 g/L时培养期间Cr(Ⅵ)的还原率达到95%以上。腐殖酸的结构组成差异对其作用于Cr(Ⅵ)的微生物还原过程有重要的影响,腐殖化程度相对较高的HAk和HAs对Cr(Ⅵ)的微生物还原的促进作用明显,HAk更因含有一定量的多糖或类多糖物质而加快了Cr(Ⅵ)微生物还原过程的发生时间,而HAh则对Cr(Ⅵ)的微生物还原的影响较小。     

汞在泥炭上的吸附特征研究

采用批次法研究了汞在三江平原泥炭、吉林双阳泥炭上等温吸附特征及介质pH值、背景离子浓度的影响。实验结果表明:两种泥炭吸附等温线均同时符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,而与Langmuir方程的拟合效果更好; 在溶液汞浓度相同时,温度升高,泥炭对汞的吸附量降低;在相同的条件下,三江平原泥炭对汞的吸附量大于吉林双阳泥炭对汞的吸附量;两种泥炭对汞的吸附量受pH值的影响明显且都在pH 6.0左右具有最大的吸附量;在酸性条件下,吸附介质的pH值升高利于泥炭对汞的吸附;介质的离子浓度升高,可以使两种泥炭对汞的吸附量迅速降低。     

与Fe(Ⅲ)共存的Fe(Ⅱ)分光光度法测定

Fe(Ⅱ)的含量及变化与土壤和沉积物的氧化还原性质关系密切.当与Fe(Ⅲ)共存时,Fe(Ⅱ)的测定往往受到干扰.本文研究了常用显色剂2,2’-联吡啶和菲洛嗪(Ferrozine)测定土壤Fe(Ⅱ)时存在的问题及解决办法.结果表明,Fe(Ⅲ)可与显色剂作用形成络合物,该络含物对Fe(Ⅱ)测定所用波段的光线具有吸收作用,从而使Fe(Ⅱ)浓度被过高估计.Fe(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)测定的干扰程度与其浓度及所选显色剂有关.当以2,2’-联吡啶为显色剂时,单位浓度Fe(Ⅲ) (1.0 mg/L)将导致Fe(Ⅱ)的测定值比实际值高0.012 mg/L;而当菲洛嗪为显色剂时,单位浓度Fe(Ⅲ)引起的Fe(Ⅱ)高估值在0.010～0.032 mg/L之间.F-能够抑制Fe(Ⅲ)-显色剂络合物的形成.当F-的加入量超过Fe(Ⅲ)的4倍时,F-能有效地消除Fe(Ⅲ)的干扰.实际样品的测定结果表明,改进的Fe(Ⅱ)分光光度法能够满足土壤及沉积物中Fe(Ⅱ)的准确测定.     

pH对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)在可变电荷土壤表面竞争吸附的影响

在实际的重金属污染体系中往往有多种重金属元素同时存在，当这一污染体系与土壤作用时不同重金属离子对土壤表面存在竞争吸附。Cu（Ⅱ）和Pb（Ⅱ）是土壤中常见的2种重金属离子，土壤和矿物表面对2种离子的竞争吸附或2种离子吸附亲和力的比较已有一些研究报道。一般认为土壤对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于对Cu（Ⅱ）的吸附亲和力，但在可变电荷土壤和矿物中情况有所不同。McKenzie的结果表明合成赤铁矿在pH3．0～6．0范围内对Pb（Ⅱ）的吸附亲和力大于Cu（Ⅱ），而针铁矿的结果相反。     

溶液初始pH值及裂解温度对玉米秸秆基生物炭吸附Cr（遇）的影响

以玉米秸秆为原料,在300、450益和600益下裂解得到3种生物炭,通过批处理实验讨论了溶液初始pH值和裂解温度对玉米秸秆及其生物炭吸附Cr（遇）的影响,并用吸附动力学模型和等温吸附模型对实验结果进行拟合。结果表明：对于同种吸附材料而言,溶液初始pH值越低,玉米秸秆及其生物炭对Cr（遇）的吸附量越大;当溶液初始pH值为3或5时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：玉米秸秆>生物炭300益>生物炭450益>生物炭600益;当溶液初始pH=1时,对Cr（遇）的吸附性能大小顺序为：生物炭300益>玉米秸秆>生物炭450益>生物炭600益,且生物炭300益对Cr（遇）的最大吸附量约为141.24 mg·g-1。可见,溶液初始pH值越低,生物炭的裂解温度越低,越有利于生物炭对Cr（遇）的吸附。     

纳米碳对黄绵土Cu(Ⅱ)迁移影响的研究

重金属污染治理对改善环境污染具有重要意义,基于室内扰动土柱试验,以黄绵土为研究对象,初步研究了在黄绵土中均匀混合及在表层混合不同含量纳米碳材料对土壤中重金属Cu(Ⅱ)迁移过程的影响。结果表明:(1)相同平衡浓度,随着纳米碳含量的增加,Cu(Ⅱ)吸附量加大,采用Langmuir方程拟合Cu(Ⅱ)等温吸附曲线,最大吸附量(Sm)随着纳米碳含量增加而增大。(2)对于均匀混合纳米碳的黄绵土和仅表层混有纳米碳的黄绵土,Philip方程均能较好地描述Cu(NO3)2溶液累积入渗量变化过程,湿润锋推进过程遵循幂函数变化。(3)随着纳米碳含量增加,Cu(NO3)2溶液累积入渗量降低,纳米碳含量较低时(0.1%,0.5%,1%),两种纳米碳添加方式对土壤累积入渗量的影响差异不大,纳米碳含量较高时(5%),均匀添加纳米碳土壤的累积入渗量曲线则显著低于表层添加纳米碳的土壤。(4)相对于空白对照土壤,两种施碳方式均提高了土壤表层Cu(Ⅱ)含量,且表层Cu(Ⅱ)含量明显高于深层土壤。纳米碳含量为0.1%,0.5%,1%时,两种添加纳米碳方式之间表层土壤Cu(Ⅱ)含量无明显差异,当纳米碳含量上升到5%时,均匀添加纳米碳土柱的表层土壤Cu(Ⅱ)含量显著高于表层添加纳米碳土柱,随着土壤剖面加深,不同处理土壤剖面处Cu(Ⅱ)含量无明显差异。因此,纳米碳对重金属Cu(Ⅱ)有很好的吸附作用,且在土壤表层添加纳米碳是一种经济有效的施碳方式。     

不同pH下两种可变电荷土壤中Cu(II)、Pb(II)和Cd(II)吸附与解吸的比较研究

对两种可变电荷土壤的研宄表明,土壤对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量均随pH的增加而增加,但Cu(Ⅱ)与Pb(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增加而减小,Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)吸附量之间的差值随pH增大呈增大趋势.土壤吸附的Cd(Ⅱ)的解吸量随吸附平衡液pH的增加而增加;但Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的解吸量先随pH增加而增加,在某一pH时达最大,随后再逐渐减小.3种重金属离子在可变电荷土壤中吸附和解吸行为的不同特征是pH导致的土壤表面电荷的变化和离子水解程度的变化共同作用的结果.本文的研究结果对可变电荷土壤中重金属的控制和污染土壤的修复具有一定的指导意义.     

对虾白斑综合征病毒可视化环介导等温扩增(LAMP)检测技术的建立与应用

针对当前对虾(Penacus orientalis)养殖业亟需研究开发一种简便快速、敏感特异的检测技术来实现对对虾白斑综合征病毒(White spot syndrome virus,WSSV)进行检测监控的现状,本研究根据WSSV基因组ORF120保守区序列,设计合成6条环介导等温扩增(loop mediated isothermal amplification,LAMP)特异性引物,分别为外引物F3/B3、内引物FIP/BIP和环引物LF/LB。利用钙黄绿素/氯化锰作为检测指示剂,通过对反应条件优化,建立了可视化WSSV-LAMP检测方法。在检测中未发生扩增反应时,钙黄绿素被氯化锰螯合,呈淬灭状态。当样品中有WSSV靶基因存在时,大量DNA被合成,并产生同样大量的焦磷酸根离子,此时焦磷酸根离子竞争性与Mn2+结合,形成稳定的不溶性焦磷酸盐沉淀,钙黄绿素被释放而发出肉眼可见的黄绿色荧光。该扩增一次性反应约60min即可完成对待检样品的检测。经测定,本方法能特异性地检测出阳性样品中的WSSV目的基因,并能通过扩增产物所产生的黄绿色变化与阴性样品区别;本技术对目的基因的最低检测量为1fg。在临床检测试验中,WSSV-LAMP与世界动物卫生组织(OIE)推荐的WSSV-PCR检测方法均能从250份对虾样品中,同时检测到15份编号相同的阳性样品,符合率达100%。除此之外,WSSV-LAMP还能从另外3份PCR检测为阴性的样品中检测到目的基因。比较这两种方法的阳性检出率,WSSV-LAMP为7.2%(18/250),WSSV-PCR为6.0%(15/250),WSSV-LAMP对自然感染的临床样品阳性检出率要比WSSV-PCR高。说明WSSV-LAMP在病毒含量较低的临床样品检测中比OIE推荐的PCR方法具有更高的技术优势,能在对虾养殖生产上的临床诊断、育种及口岸检疫,甚至海洋生态监测中对WSSV进行现场检疫。     

La(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆叶绿素合成与降解影响的机理

采用水培实验方法研究了稀土元素La(Ⅲ)对紫外辐射(UV-B:0.15Wm-2,0.45Wm-2)胁迫下大豆(Glycine max)幼苗的δ-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)、原叶绿素(酸)(Pchl)、原卟啉IX(Proto-IX)、镁原卟啉(Mg-Proto)等5种叶绿素(Chl)合成中间产物含量及Chl降解关键酶-叶绿素酶(Chlase)活性的影响,从叶绿素的生物合成及降解角度诠释La(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗叶绿素含量影响的机理。实验结果表明:La(Ⅲ)具有提高叶绿素生物合成中间产物——ALA(δ-氨基乙酰丙酸)、PBG(胆色素原)、Proto-IX(原卟啉IX)、Mg-Proto(镁原卟啉)含量的作用,促进Pchl(原叶绿素)转化为叶绿素,进而缓解UV-B辐射胁迫下中间产物PBG、Proto-IX和Mg-Proto的形成,使叶绿素的生物合成受阻,受阻位点为ALA→PBG。     

土壤Cr(VI)在非线性Langmuir吸附条件下的径流流失试验与模拟

针对重金属铬(Cr)污染严重的现象,基于简单的二层非完全混合模型,将降雨时农田土壤与积水整个系统分为混合区及混合区以下两个部分,根据水量平衡原理和溶质质量守恒定律,研究土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。试验模拟的田间地表径流是由降雨引起的,根据降雨期间土壤与雨水相互作用情况,将降雨过程分为4个阶段分别求解进行研究。利用室内模拟降雨-径流试验所得数据进行模拟计算,并通过敏感性分析和模型参数对径流流失量的影响分析,阐明模型参数对土壤中吸附性溶质径流流失规律的影响。研究结果表明:此二层非完全混合模型能预测土壤在非线性Langmuir吸附条件下,吸附性溶质Cr(VI)的径流流失规律。该模型对入渗水溶质与土壤混合层溶质之间的非完全混合系数γ非常敏感,对土壤混合层溶质与地表积水-径流水溶质之间的非完全混合系数α不敏感,对Langmuir吸附方程中的参数B、C也不敏感。其中γ和α对模拟径流流失过程的影响主要作用于降雨前期,而Langmuir吸附方程中的参数B对模拟过程的影响作用于降雨前期,C也主要作用于降雨前期,但对后期的影响比其他参数更大。试验数据显示地表径流中溶质含量很低,说明该次试验中混合层溶质进入地表积水-径流层量很少,而模拟α值很小,与实际情况吻合,同时也说明,土壤中流失的污染物重金属Cr(VI)大多存在于地下排水中。