纳米Fe3O4负载酸改性炭对水体中Pb2+、Cd2+的吸附

为探讨纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺单一及复合溶液的吸附特性,通过静态吸附实验,针对吸附剂的表面特性、投加量、溶液初始pH、吸附时间、重金属初始浓度等影响因素进行了探讨,应用等温吸附模型及吸附动力学模型对吸附特性进行了研究。结果表明,纳米Fe₃O₄负载酸改性炭比表面积较未改性椰壳炭增加了221.03 m²·g^-1,表面含氧官能团如O-H、C=O、C-O-C增加,芳香性增强,等电点提高至5.68。从经济效率角度考虑5 g·L^-1为合理吸附剂用量,pH为5.0时,吸附效果最好,吸附在4 h达到平衡。准二级动力学模型对吸附的拟合度更高,吸附主要是化学吸附,吸附由快速外扩散和颗粒内扩散共同作用,Pb²⁺、Cd²⁺的吸附分别更符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。纳米Fe₃O₄负载酸改性椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的最大吸附量（Q_m）分别达42.54 mg·g^-1和25.79 mg·g^-1,为未改性椰壳炭的1.87倍和2.23倍,复合溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的Q_m分别为单一溶液的65.16%和54.21%,这揭示了离子共存条件下的吸附竞争现象。研究表明,纳米Fe₃O₄负载联合硝酸改性提高了椰壳炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附能力,且Pb²⁺的吸附性能及吸附竞争性优于Cd²⁺。     

Mn-Co-Ce/γ-Al2O3臭氧催化氧化奶牛养殖废水及其机理

奶牛养殖废水中因存在难生化降解有机物而难以处理。本研究采用浸渍法制备了一种三元催化剂（Mn-Co-Ce/γ-Al₂O₃）,以经三级好氧处理后的奶牛养殖废水为对象,探究了催化剂的焙烧温度和焙烧时间、催化反应时间、pH、臭氧投加量和催化剂用量等对臭氧催化氧化的效果及其影响。结果表明,Mn-Co-Ce/γ-Al₂O₃用量为15 g·L^-1、pH=9、臭氧投加量为12.5 mg·L^-1·min^-1、反应时间30 min时,COD_Cr去除率达到50%左右。XRD、SEM、BET和XPS对催化剂的表征表明,金属氧化物可成功负载在球状γ-Al₂O₃上且高度分散。循环试验表明,催化剂在5次循环后仍保持了较高的活性,催化剂稳定性较好。活性氧淬灭试验表明,体系中可以生成O₂^-·、HO·、¹O₂,且¹O₂起主导作用。     

超声/K2S2O8体系降解水中左旋氧氟沙星的研究

【目的】研究超声/K₂S₂O₈体系对水中抗生素左旋氧氟沙星的降解效果。【方法】利用超声波粉碎装置,采用HPLC分析法,考察了反应条件、K₂S₂O₈添加质量浓度、溶液初始pH值、左旋氧氟沙星初始质量浓度对水中左旋氧氟沙星降解率的影响,并分析了左旋氧氟沙星降解过程中总有机碳（TOC）去除率及HPLC图谱的变化。【结果】与单独超声和K₂S₂O₈氧化相比,超声/K₂S₂O₈对水中左旋氧氟沙星具有明显的降解效果,这主要是因为体系中硫酸根自由基（SO₄^-·）的氧化作用所致。K₂S₂O₈添加质量浓度在1.0～4.0 g/L时,左旋氧氟沙星的降解率随其添加质量浓度的增大而提高;超声/K₂S₂O₈降解水中左旋氧氟沙星时,体系pH在未调节（pH=7.14）条件下效果最佳;左旋氧氟沙星初始质量浓度在10～30 mg/L时,左旋氧氟沙星的降解率随其初始质量浓度的增加先升高后降低。超声/K₂S₂O₈对左旋氧氟沙星的矿化效果也非常明显,在超声功率为195 W、pH=7.14、左旋氧氟沙星初始质量浓度为20 mg/L、K₂S₂O₈添加质量浓度为4.0 g/L条件下反应240 min时,左旋氧氟沙星TOC的去除率达到56.78%。HPLC分析发现,超声/K₂S₂O₈体系降解左旋氧氟沙星的过程中有3种中间产物生成。【结论】超声/K₂S₂O₈体系可有效降解水中的左旋氧氟沙星。     

Fe2O3对鸡粪堆肥过程中含硫臭气排放的影响

本文以新鲜鸡粪和玉米秸秆为原料,在60 L密闭式发酵罐内进行联合好氧堆肥,研究了Fe₂O₃作为添加剂对鸡粪堆肥含硫臭气排放和堆肥产品腐熟度的影响。研究结果表明,在为期35 d的堆肥过程中,两处理的高温期（≥ 50℃）均持续10 d以上,满足堆肥产品无害化要求;种子发芽率指数（GI）均超过70%,达到完全腐熟,添加Fe₂O₃不会影响堆肥温度和堆肥产品腐熟度。鸡粪堆肥添加Fe₂O₃可有效降低含硫臭气排放,可使鸡粪堆肥过程中硫化氢（H₂S）、二甲基二硫醚（Me₂SS）和甲硫醚（Me₂S）分别减少38.81%、73.59%和42.59%,累计减少总硫损失63.17%。总体而言,外源添加Fe₂O₃不会影响堆肥进程和腐熟度,可显著降低含硫臭气排放,增加产品中硫含量。     

硫酸铁复配石灰、水泥对锑矿区周边土壤锑形态分布的影响及生态风险评价

为揭示Fe₂（SO₄）₃、石灰及水泥复配处理下锡矿山锑（Sb）污染土壤的Sb形态分布和生态风险,本研究通过室内土壤培养实验,分析了不同复配处理下土壤Sb不同形态含量和pH变化以及生态风险。结果表明：单独添加Fe₂（SO₄）₃使土壤水溶态+交换态和碳酸盐结合态Sb分别降低53%~70%和31%~70%;Fe₂（SO₄）₃+石灰处理仅使个别样点铁锰氧化物结合态、有机结合态或残渣态Sb含量显著降低。Fe₂（SO₄）₃复配水泥处理使水溶态+交换态及碳酸盐结合态Sb含量增加了52%~1 264%。单独添加Fe₂（SO₄）₃使土壤Sb生物活性降低22%~59%,Fe₂（SO₄）₃+石灰处理使Sb生物活性降低15%~51%,降低了多数样点的生态风险,而Fe₂（SO₄）₃复配水泥处理使Sb生物活性增加56%~828%,其生态风险等级上升至高或极高。相关分析表明,土壤pH变化显著影响了可利用态Sb（水溶态+交换态）及潜在可利用态Sb（碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态）含量。研究表明,本研究单独添加Fe₂（SO₄）₃具有较好的Sb固化-稳定化效果,Fe₂（SO₄）₃复配石灰通过提高土壤pH,弱化了对Sb的固化-稳定化,Fe₂（SO₄）₃复配水泥会显著提高土壤pH,增加可利用态Sb含量,使Sb迁移性、生物有效性及生态风险增加。     

1-site/2-pKa表面络合模型预测土壤中Cd2+的吸附及生物有效性

土壤中重金属的生物有效性与其在土壤中的吸附行为密切相关,本研究选取我国9个不同类型的非石灰性土壤,探究了Cd²⁺在土壤中的吸附过程。通过电位滴定获得土壤表面酸碱性质（pK_a1和pK_a2）,基于1-site/2-pK_a模型,使用ECOSAT和FIT拟合得到土壤与Cd²⁺的络合常数（lg K _{（SOCd⁺）}）,结果显示该模型能很好地描述Cd²⁺在土壤中的吸附过程。为了进一步探究土壤性质对Cd吸附固定的影响,通过逐步回归分析了pK_a1、pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}与土壤性质间的关系,发现土壤pH和CEC是pK_a1的主控因子,土壤pH同时也是pK_a2、lg K _{（SOCd⁺）}的主控因子。为了验证模型的可靠性,结合历史文献,基于土壤pH和CEC预测了历史文献中土壤表面酸碱性质和lg K _{（SOCd⁺）},利用得到的参数预测了Cd的吸附过程,发现预测值与实测值之间有很好的相关性,该模型能解释86%的变异。此外,利用回归模型得到的结合常数预测了历史文献中土壤溶液中的Cd含量,发现模型预测的Cd含量与蚯蚓体内Cd含量同样具有很好的相关性,能解释83%的变异。本研究基于Cd²⁺在不同性质土壤中的吸附行为,使用广义复合法建立的表面络合模型可以描述Cd²⁺在非石灰性土壤中的吸附与分配过程。     

H2O2 处理对盐胁迫下苜蓿种子萌发的影响

H₂O₂ 作为植物体内的一种活性氧,广泛参与植物多种生命活动过程。以敖汉（AH）、甘农三号（GN3号）、劳勃（LB）三个品种苜蓿为研究对象,使用不同浓度H₂O₂ 处理种子模拟盐胁迫环境,研究了不同浓度的H₂O₂ 浸种预处理对100mmol·L^-2 NaCl模拟盐胁迫下苜蓿种子萌发的影响。结果表明,100 mmol·L^-2NaCl胁迫下,苜蓿种子的发芽受到抑制;在H₂O₂ 浓度处于0.05%~0.5%之间时,三个品种苜蓿种子的发芽率和发芽势均随着H₂O₂ 浓度升高而升高,在H₂O₂ 浓度处于0.1%时,各品种发芽率和发芽势均最高,AH、GN三号、LB三个品种苜蓿发芽率和发芽势均最大,发芽率分别为90%、98%、95%,发芽势分别为72%、94%、86%,当H₂O₂ 浓度超过0.5%时对盐胁迫下的苜蓿种子发芽率和发芽势均起到了抑制作;在H₂O₂ 浓度处于0.1%~0.5%范围内,会有效缓解盐胁迫带来的伤害从而促进种子萌发。     

不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附

为研究秸秆生物质炭的性质特征对其吸附重金属的影响,在限氧条件下将粉碎的小麦、水稻、玉米秸秆于450℃热裂解制备三种秸秆炭。研究了三种秸秆炭对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的吸附特性,并对其性质特征进行了测定分析。结果表明:三种秸秆炭对Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合准二级动力学模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附速率分别为0.044、0.019、0.012 mg·g^-1·h^-1,对Cd²⁺的吸附速率分别为0.195、0.164、0.070 mg·g^-1·h^-1.三者对不同浓度下Pb²⁺、Cd²⁺的吸附符合Langmuir等温吸附模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb²⁺的吸附容量分别为99.65、110.31、88.82 mg·g^-1,对Cd²⁺的吸附容量分别为30.64、29.39、21.47 mg·g^-1;在溶液pH 2.5~3.5时,三者对溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的去除率急剧增加。小麦和水稻秸秆炭含有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分以及相对较高的阳离子交换量,对溶液中的Pb²⁺、Cd²⁺的去除可能是由于化学沉淀作用较强烈,而玉米秸秆炭的有机碳及官能团含量较高,孔隙结构较好,比表面积大,可能主要通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中Pb²⁺、Cd²⁺.     

氮肥对油菜在不同土壤中吸收积累Cd的影响

以三种不同程度Cd污染土壤为材料,通过盆栽试验研究NH₄Cl和（NH₄）₂SO₄两种氮肥对土壤Cd有效性及油菜吸收、转运Cd的影响,评价油菜对Cd的生物累积量,以期为油菜修复Cd污染土壤的优化施肥措施提供理论支撑。结果表明：施加NH₄Cl和（NH₄）₂SO₄均显著降低了土壤的pH,（NH₄）₂SO₄处理土壤pH低于施加NH₄Cl处理的土壤,施肥处理下生长期非根际土pH低于根际土,成熟期非根际土pH高于根际土。施加（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl均使土壤中有效态Cd含量增加。（NH₄）₂SO₄处理有效态Cd的浓度高于NH₄Cl处理。油菜成熟期土壤中有效态Cd的浓度低于生长期,生长期和成熟期整体表现出根际土中Cd的总量高于非根际土。施加（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl均增加油菜各部位Cd的含量,提高油菜的富集系数和转运系数,油菜从根到叶对Cd的转运系数最高。研究表明油菜作为Cd污染土壤的修复植物有一定安全保障。     

添加生物黑炭对茶园土壤CO2、N2O排放的影响

采用室内培养试验,研究了不同生物黑炭施用量对两种茶园土壤(红壤和黄壤)CO₂、N₂O排放特征的影响。生物黑炭用量设5个水平:H0(0 g·kg^-1)、H1(3.56 g·kg^-1)、H2(7.11 g·kg^-1)、H3(14.22 g·kg^-1)、H4(28.44 g·kg^-1).结果表明:红壤茶园土壤CO₂排放量显着高于黄壤,N₂O排放总量则低于黄壤;与H0处理相比,施用低量的生物黑炭(H1)对两种茶园土壤CO₂排放无显着影响;高量的生物黑炭处理(H3、H4)则显着增加土壤CO₂排放量,增幅为20%~47%(P<0.05).生物黑炭施用后(H2、H3、H4)明显降低两种茶园土壤N₂O释放速率及反硝化损失率,土壤N₂O排放总量降幅为37%~63%(P<0.05),反硝化损失量降幅22%~54%(P<0.05),且均随着生物黑炭施用量增加而增大。此外,从土壤pH值、无机氮含量和硝化率角度,探讨了生物黑炭影响茶园土壤CO₂和N₂O排放的因素。     

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。     

洱海近岸菜地不同土壤发生层的NH4+-N吸附解吸特征

采用等温吸附-解吸试验研究了洱海近岸菜地不同土壤发生层(耕作层A、犁底层P、潴育层W和潜育层G)NH_4~+-N的吸附解吸特征,并分析了吸附-解吸参数与土壤基本理化性质的关系,旨在为洱海近岸菜地不同土壤发生层氮素通过浅层地下水向洱海水体扩散通量的确定提供重要参数。结果表明:不同土壤发生层NH_4~+-N的等温吸附-解吸特征分别符合Langmuir模型和一元线性方程,而且不同土壤发生层NH_4~+-N的吸附-解吸过程具有不可逆性,解吸存在滞后性;不同土壤发生层NH_4~+-N的饱和吸附量(Q0)为435.597~982.757 mg·kg~(-1),NH_4~+-N平衡浓度(ENC0)为0.370~0.661 mg·L~(-1),解吸速率(K3)为0.281~0.729。土壤对NH_4~+-N的吸附能力为A层P层W层G层,而解吸能力与此相反。土壤中粉粒、黏粒含量和砂粒级微团聚体与Q0、最大缓冲容量(MBC)、ENC0呈正相关关系,与K3呈负相关关系。Q0、MBC、ENC0与不同土壤发生层OM、TN和NH_4~+-N呈正相关关系,与总铁、总锰和pH呈负相关关系,而K3有相反的变化。     

硅对不同pH水田土壤吸附-解吸镉的影响

为探讨硅对土壤镉吸附解吸特征的影响,在中和硅酸钠碱性和消除钠离子影响的基础上,进行了不同硅浓度下土壤对镉的等温吸附-解吸试验。结果表明:在试验条件下,Freundlich模型可更好地描述不同硅浓度下2种土壤对镉的吸附-解吸特征;随着加硅量的增加,碱性土壤吸附镉的数量逐渐降低,酸性土壤吸附镉的数量逐渐增加。加硅使碱性土壤方程的k值变小、n值变大,降低了镉的吸附容量却增大了吸附强度;酸性土壤方程的k值变大、n值变小,增加了镉的吸附容量却降低了吸附强度。2种土壤镉的解吸量均随着加硅量的增加而降低,加硅使滞后系数(Δk+Δn)增大,加剧了吸附-解吸过程中的滞后效应。     

尿素和生物质炭对茶园土壤pH值及CO2和CH4排放的影响

为明确生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,利用室内培养试验,研究了在施氮(N1)和不施氮(N0)条件下,不同小麦秸秆生物质炭添加量(B1,10 g·kg~(-1);B2,30 g·kg~(-1);B3,50 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值、CO_2和CH_4排放的影响。结果表明,添加生物质炭显著提高了茶园土壤pH值(P0.05),生物质炭施加比例越高,土壤pH值提高幅度越大,处理组N0B1、N0B2和N0B3土壤平均pH较对照组CK(氮和生物质炭都不施)分别提高了0.18、0.53、1.06个单位,生物质炭添加量为3%(B2)时,短期内可达到提高土壤pH值、改良酸化土壤的效果;CO_2和CH_4的累积排放量随着生物质炭添加比例的升高而增大,且显著高于对照组CK(P0.05)。施加尿素短期内显著提高了土壤pH值(P0.05),并促进了CO_2的排放,但对CH_4的排放无显著影响。与单施生物质炭相比,生物质炭与尿素共施时土壤pH提高幅度更大,CO_2累积排放量提高程度也更为显著,而CH_4的排放得到抑制,但仍显著高于对照组CK(P0.05)。生物质炭的添加在提高土壤pH值的同时也会增加CO_2和CH_4的排放量,增大环境风险,但当土壤酸化程度较轻时,可适当施加低量生物质炭,在缓解土壤酸化状况的同时尽可能地减少温室气体的排放量。     

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。     

生物炭负载Fe3O4纳米粒子的制备与表征

为了推进可再生资源的综合利用,本文以水稻秸秆为原料,利用高温热解有机前驱体法成功制备磁性Fe_3O_4纳米粒子/生物炭复合材料。用X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TG)、综合物性测量系统(PPMS)、元素分析仪(EA)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)及全自动快速比表面与孔隙度分析仪(BET)对其进行了表征。结果表明:复合材料上生成了形貌均一、结晶度较高、粒径范围为3~10 nm的Fe_3O_4纳米粒子;复合材料的饱和磁化强度达到26.64 emu·g~(-1);复合材料相比于原始生物炭具有更好的热稳定性和更大的比表面积;复合材料的微孔数量少于原始生物炭,孔隙结构以中大孔为主;铁元素在复合材料上的含量为12.08 mg·g~(-1)。通过对两种材料物理化学性质的比较与归纳,以期为复合材料的合成及应用提供参考。     

3种新型改性玉米秸秆生物炭对Cd2+吸附特性的比较

为比较3种新型改性生物炭对溶液中镉（Cd）的吸附行为,以玉米秸秆生物炭为原料,制备巯基改性生物炭（S-BC）、铁改性生物炭（Fe-BC）和氮掺杂生物炭（N-BC）,分析改性前后生物炭的元素组成、比表面积、表面官能团等性质的变化,通过系统的吸附试验,比较3种改性生物炭对Cd的吸附性能和作用机理。结果表明：与未改性生物炭（BC）相比,N-BC和Fe-BC比表面积分别增加了6.3和9.0倍,总孔体积分别增加了2.68和4.08倍。S-BC因改性后表面光滑,使得生物炭比表面积减小,但其表面官能团变化明显,S-BC在2 977 cm^-1处出现新的吸收峰对应脂肪族（C-H）的伸缩振动,而且在1 089 cm^-1、1 044 cm^-1位置出现双特征吸收峰。3种生物炭对Cd²⁺的吸附主要为化学吸附过程为主,且Langmuir吸附等温线模型所拟合的热力学吸附优于Freundlich吸附等温模型,推测N-BC、Fe-BC、S-BC 3种生物炭对Cd²⁺的吸附过程为单分子层物理吸附。通过Langmuir模型计算可以得到几种生物炭对Cd²⁺最大吸附量表现为Fe-BC (69.11 mg·g^-1) > N-BC (61.92 mg·g^-1) > S-BC (53.85 mg·g^-1) > BC (40.34 mg·g^-1)。     

不同质量浓度硝态氮在潮白河模拟河床中去除效果研究

近年来再生水逐渐成为城市景观河流的主要用水来源,但再生水含有较高氮元素,容易造成水体与地下水污染。河床底泥对NO₃^--N有一定的截留与去除作用,本实验通过河槽装置模拟潮白河河床,探究低、中、高3种NO₃^--N质量浓度水平下河槽系统中底泥对NO₃^--N的去除效果。结果表明:水体中NO₃^--N质量浓度为5、10、20 mg·L^-1时NO₃^--N去除率分别为67.8%、63.0%、55.0%。河槽10 cm处和下部70 cm处对NO₃^--N去除效果较好。底层排出水中pH与NO₃^--N质量浓度相关性较强,底泥中50 cm与70 cm处反硝化作用强度与溶解氧质量浓度紧密相关;随着温度降低,溶解氧质量浓度升高,反硝化作用减弱,NO₃^--N去除效果变差。底泥中NO₃^--N的去除主要通过土壤淋溶作用、同化作用、反硝化作用与异化还原作用等共同作用;部分氮素以同化作用形成的有机氮和异化还原作用形成的NH₄⁺-N留存于底泥中。研究表明,河床底泥对再生水河道具有一定的净化效果。