介质粗糙度和铅污染对粘土矿物胶体运移的影响

土壤胶体在多孔介质中的运移受多种环境因素的影响,其中胶体特性和介质条件是决定胶体运移过程的关键因素.选取土壤体系中不同结构类型的粘土矿物胶体高岭石和蒙脱石作为实验材料,通过胶体对铅的吸附实验,制得被铅污染的胶体,利用室内砂柱模拟实验,分别研究了水洗和烘烤处理得到的表面粗糙度不同的石英砂介质条件下,污染与未污染的四种特性胶体在多孔介质中的迁移规律.结果表明:铅的存在降低了高岭石胶体和蒙脱石胶体在饱和多孔介质中的流动性;介质表面粗糙度会显著影响蒙脱石胶体的运移过程,而对高岭石胶体基本无影响;胶体粒径大小是决定胶体运移过程是否受介质表面影响的主要因素.     

腐植酸和Cd2+对黏土胶粒在饱和多孔介质中迁移的影响

为探究地下水中腐植酸(HA)和Cd~(2+)复合污染物对黏土胶粒在饱和多孔介质中迁移的影响,本文选择蒙脱石和高岭石两种黏土胶粒作为研究对象,采用同步注射柱实验,在饱和石英砂柱中分别同步注射黏土胶粒与腐植酸、Cd~(2+)或腐植酸+Cd~(2+)混合液,来研究腐植酸和Cd~(2+)与黏土胶粒的共迁移。结果显示:高岭石在石英砂柱中的沉降速度依次为:无Cd~(2+)无腐植酸(3.72 min-1)仅有Cd~(2+)(2.82 min-1)Cd~(2+)与腐植酸共存(2.01 min-1)仅有腐植酸(0.46 min-1);蒙脱石在石英砂柱中的沉降速度依次为:无Cd~(2+)无腐植酸(1.02 min-1)仅有Cd~(2+)(0.97 min-1)Cd~(2+)与腐植酸共存(0.85 min-1)仅有腐植酸(0.30 min-1)。研究结果表明,腐植酸和Cd~(2+)对蒙脱石和高岭石胶粒的迁移效果比较一致,它们均能促进两种黏土胶粒的迁移,促进作用腐植酸最强而Cd~(2+)较弱;腐植酸和Cd~(2+)之间存在拮抗作用,即二者的加合作用反而小于腐植酸单独作用。通过对黏土胶粒的粒径和Zeta电位进行测试分析,可推测腐植酸和Cd~(2+)是通过不同的机理来促进黏土胶粒的迁移:腐植酸通过改变黏土胶粒表面的电性来抑制黏土胶粒的沉降,而Cd~(2+)通过促使黏土胶粒聚凝来降低其沉降。这些发现有助于更好地理解天然土壤胶粒在环境中的迁移和浓度分布。     

氧化石墨烯对铅在饱和多孔介质中运移的影响

以氧化石墨烯(GO)及铅[Pb(Ⅱ)]为主要试验材料,通过进行批量吸附试验及砂柱试验,研究GO对Pb(Ⅱ)在饱和多孔介质中运移的影响。批试验结果表明,与石英砂相比,GO具有极高的Pb(Ⅱ)吸附能力。柱试验结果表明,GO在饱和多孔介质中的运移能力较高,环境中Pb(Ⅱ)的存在则降低GO的运移;Pb(Ⅱ)在饱和多孔介质中运移能力相对较低,溶液中存在GO时,Pb(Ⅱ)在饱和多孔介质中的运移能力明显提高;将Pb(Ⅱ)污染后的砂柱注入GO悬液,被石英砂吸附的Pb(Ⅱ)能够随GO一起重新流出砂柱,且流出液中Pb(Ⅱ)的浓度与GO浓度呈良好的正相关。     

粒径和流速对大肠杆菌在饱和多孔介质中迁移的影响

采用室内柱迁移实验,研究了在不同离子强度下多孔介质粒径和孔隙水流速对大肠杆菌在饱和石英砂柱中沉积与释放行为的影响。结果表明,介质粒径和孔隙水流速均能影响大肠杆菌在石英砂中的迁移过程。介质粒径的减小可增强大肠杆菌在多孔介质中的筛滤效应,增加其沉积率和滞留率,减小水化学扰动引起的释放效应,流速的降低有利于提高大肠杆菌的沉积率和滞留率。离子强度的高低可改变粒径和流速对大肠杆菌迁移影响的大小,在较高离子强度条件下,减小介质粒径和孔隙水流速对提高大肠杆菌的沉积率和滞留率的作用增强。由于自然环境的复杂性,今后的研究应注重真实地下水环境中多因素对大肠杆菌迁移行为的复合影响,以便更加准确地掌握大肠杆菌在多孔介质中迁移的规律。     

土壤胶体在不同饱和度土壤介质中的释放与淋溶行为研究

采用饱和与非饱和填允土柞纵向淋溶研究方法,结合对流弥散模型方程(CDE)对穿透曲线的拟合计算,全面考察了土壤介质水饱和度、土壤水pH/离子强度、土壤孔隙水流速和十壤胶体颗粒大小对天然土壤胶体在实际土壤介质中释放、沉积迂移行为的影响.分别获取胶体扩散系数和阻滞因子值,定量说明实验中水化学、水动力学等条件的作用影响力.结果显示,介质不饱和条件不利于胶体的释放和淋溶;高pH和低离子强度条件对土壤胶体释放与迁移有利;淋溶过程的问断干扰,可以促使土壤胶体的增量淋溶释放;淋溶强度及胶体颗粒粒径大小,能够影响胶体穿透时间和穿透浓度峰值大小.     

钙、钠饱和处理的次生硅酸盐矿物对多环芳烃(菲)吸附与光解行为

分别对高岭石、蒙脱石和实验室合成水钠锰矿进行金属离子(Na~+和Ca~(2+))饱和处理,比较三种矿物及其金属离子饱和处理矿物对多环芳烃的吸附能力。以发射波长为254nm的氙灯为光源,在上述矿物表面分别进行菲光化学降解实验,探讨不同矿物及其金属离子饱和处理矿物对菲光化学降解能力的区别。比较多环芳烃光化学降解后不同矿物表面的傅里叶变换红外光谱,分析不同矿物表面官能团的变化。利用气相色谱-质谱联用仪分析矿物表面多环芳烃光化学降解中间产物,并推测其降解途径。结果表明金属离子饱和处理的高岭石、蒙脱石、水钠锰矿对多环芳烃(菲)吸附能力均比其未加离子矿物的吸附能力强,但光化学降解速率则相反;降解过程分别会产生酯类、羧酸类、醇类、烷烃类等物质,且随着光解时间的延长最后可能彻底被矿化为水和二氧化碳等小分子物质。     

SBA-15在饱和石英砂介质中的运移及其对Cd(Ⅱ)迁移的影响

为了解SBA-15纳米颗粒在饱和石英砂介质中的运移及其对Cd(Ⅱ)迁移的影响。采用恒定流速柱迁移试验法,探讨Cd(Ⅱ)、SBA-15及Cd(Ⅱ)和SBA-15共存条件下的穿透曲线。结果表明,平衡对流-弥散方程能描述多孔介质中Cd(Ⅱ)和SBA-15迁移过程的穿透曲线。在石英砂多孔介质中,Cd(Ⅱ)的迁移能力强于SBA-15,Cd(Ⅱ)和SBA-15的出流比C/C0峰值分别为0.99和0.58。Cd(Ⅱ)和SBA-15共存时,随着Cd(Ⅱ)质量浓度从0mg/L增加到10 mg/L,SBA-15的迁移阻滞因子(R)和不可逆吸附系数(μ)分别增大1.43倍和4.78倍,此时,SBA-15的Zeta电位从-55.7mV增加至+16.3mV,导致SBA-15在石英砂颗粒表面上的沉积滞留增加,进而同时抑制SBA-15和Cd(Ⅱ)的迁移。研究表明,SBA-15在多孔介质中的迁移过程易受团聚、滞留和沉积作用的影响,同时Cd(Ⅱ)和SBA-15在多孔介质中的迁移过程伴随有固相界面的分配过程。     

2种母岩发育的地带性土壤中粘土矿物的组成特点

采取中国从北到南由花岗岩和片麻岩发育的几种地带性土壤(棕壤、黄棕壤、红壤和砖红壤),分析其2μm粘粒的化学组成和粘土矿物组成特点,探明气候条件对土壤粘土矿物组成的影响。结果表明:在棕壤中以2∶1型粘土矿物为主,主要为伊利石,其次为蛭石和高岭石,并含有少量蒙脱石;黄棕壤中高岭石和蛭石占主要部分,其次为伊利石和蒙脱石;红壤中蛭石和蒙脱石消失,主要粘土矿物类型为高岭石,其次为伊利石和1.4nm过渡矿物。在热带砖红壤中1.4nm过渡矿物和蛭石消失,高岭石含量超过90%,其次为伊利石及少量三水铝石。粘土矿物的地带性差异主要受气候条件的影响,由北到南,随着温度和降雨量增加,土壤中的高岭石和蒙脱石含量增加,蛭石的含量降低;其中年均温和年均降雨量与高岭石含量存在显著正相关性,与蛭石和蒙脱石含量呈显著负相关性(P0.05)。     

溶液化学环境对Cr（Ⅵ）和As（Ⅴ）在农田土壤中吸附和垂向迁移的影响

选择工业固体废物附近的农田土壤,研究共存金属离子、无机盐、有机质、pH值及温度对土壤吸附Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的影响.结果表明,在众多影响因素中,pH值和KH2PO4是对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)吸附影响最明显的两个因素,pH值的升高(2.0～8.0)和KH2PO4(0.01～1.0 mol·L-1)的存在不利于Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的吸附.利用土柱淋溶实验考察pH值和KH2PO4对Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)在土壤中迁移、转化的影响发现,较高的pH值(7.0)和KH2PO4(0.1 mol·L-1)的存在有利于Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的迁移.低pH(4.0)下的淋溶增加了土壤中交换态Cr和As的相对和绝对含量,提高了重金属的生物可利用性.高pH(7.0)及KH2>PO4>存在时的淋溶减小了交换态Cr和As的含量,降低了重金属的生物可利用性.淋溶实验后,土壤中分别平均有95%的Cr(Ⅵ)和11%As(Ⅵ)发生了还原反应生成了Cr(Ⅲ)和As(Ⅲ).从而在一定程度上降低了Cr(Ⅵ)和As(Ⅴ)的迁移性.     

不同类型粘土矿物对镉吸附与解吸行为的研究

[目的]揭示镉在土壤环境中的化学行为。[方法]采用批量吸附试验研究了4种不同类型的粘土矿物:蒙脱石、高岭石、针铁矿、三水铝石对镉的吸附与解吸特性,同时探讨了矿物用量及pH对镉吸附的影响。[结果]与Freundlich方程相比,Langmuir方程(R2>0.98)能较好的表征4种矿物对镉的吸附行为,说明矿物对镉的吸附是单层吸附。4种矿物对镉的最大吸附量大小为:蒙脱石(32.62mg·g-1)>针铁矿(11.52mg·g-1)>高岭石(7.99mg·g-1)>三水铝石(6.29mg·g-1)。4种矿物对镉的解吸率范围分别为:蒙脱石(19.99%~32.77%)、高岭石(13.48%~19.09%)、针铁矿(2.02%~3.48%)、三水铝石(1.09%~2.43%)。随pH升高蒙脱石、高岭石、针铁矿对镉的吸附量均呈增长趋势,而三水铝石基本保持不变。矿物用量在10.0g·L-1时,针铁矿对镉的吸附率达72.8%,与蒙脱石相近(79.1%)。[结论]针铁矿吸附率较高,而解吸率低,是一种较好的吸附剂。     

新疆奎屯农田土壤对砷（Ⅴ）的吸附-解吸特征

为明确新疆奎屯垦区农田土壤对As（Ⅴ）的吸附-解吸特征,本研究通过吸附-解吸试验并结合扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和傅里叶红外光谱（FTIR）技术,探究研究区土壤对As（Ⅴ）的吸附-解吸能力及结合机理。结果表明：研究区土壤在吸附As（Ⅴ）的过程中单层和多层吸附同时发生并以单层吸附为主,且吸附容易进行（Freundlich方程参数n>2）。在15、25℃和35℃ 3个温度下,土壤对As（Ⅴ）的吸附量、结合能力、吸附速率均在35℃时最大,15℃时最小;土壤对As（Ⅴ）的解吸量则在35℃时最小,15℃时最大。土壤是多种Si、Fe、Al氧化物构成的复合体,吸附、解吸反应主要是发生在OH、N H、C O、C H、SH 5种官能团上;黏土矿物和有机质为As（Ⅴ）提供发生络合作用的载体,对As（Ⅴ）的吸附起到了促进作用。As（Ⅴ）被吸附到含有C、Si、K、Ca、Na、Mg、Al和Fe元素的有机质、多种金属（氢）氧化物以及黏土矿物等物质中。研究区高pH、低有机质的土壤环境,使As（Ⅴ）容易被释放到土壤溶液中,从而增大了As（Ⅴ）向深层土壤及植物中迁移的风险。     

几种物理因素对四氧化三铁纳米颗粒在有机质存在条件下的饱和多孔介质中迁移持留行为的影响

近些年来,环境研究者对纳米颗粒的迁移性进行了部分研究,但是对环境稳定性低、反应活性高的金属氧化物工程纳米颗粒在多孔介质中的运移沉积行为的系统探讨还很不足,尤其是对其在有机质(NOM)存在条件下迁移行为的了解非常有限.本研究选用四氧化三铁磁纳米颗粒(MENPs)作为研究对象,采用填充柱淋溶实验法,对其在饱和多孔介质中的迁移持留行为展开探讨,其目的是考察几种主要介质环境物理因素对其在天然有机质存在条件下的纵向淋溶过程及其在介质中持留量的影响作用.结果显示,不利吸附条件下的MENPs集聚体在多孔介质中的吸附持留及迁移性能取决于多种合力的作用效果.其中,孔隙水流速增大时,MENPs 在多孔介质中的迁移性增强,持留性减弱,持留MENPs 在介质中的逐层分布随孔隙水流速改变而变化;而且,MENPs 在多孔介质中的迁移持留性与介质颗粒的表面物理性质也有关,天然有机质的存在一定程度上可以改善石英砂表面的异质性.另外,介质颗粒粒径大小也是影响MENP-介质间持留机制的重要因子.当多孔介质颗粒粒径大小改变时,MENPs穿透曲线及持留分布曲线随之变化明显,MENPs的吸附沉积机制也相应有所不同.     

离子强度和磷酸盐对铁铝矿物及土壤吸附As(Ⅴ)的影响

选用针铁矿、赤铁矿、水铁矿、水铝矿4种铁铝矿物以及性质差异较大的黑土、紫色土和红壤3种土壤,研究离子强度和磷酸盐对其吸附As(Ⅴ)的影响.结果表明,在0.01、0.1、1 mol·L-1 3种离子强度下,矿物和土壤对As(Ⅴ)的吸附量无明显差异或随离子强度增大而增大,其对砷的吸附以专性吸附为主.磷酸盐对矿物和土壤吸附砷的影响与其添加顺序及摩尔浓度比有关.水铝矿和水铁矿在这3种添加顺序下的砷吸附量无明显差异,仅在P/As摩尔比较大时表现出下降趋势;而在针铁矿和赤铁矿两种矿物上,先添加砷时的砷吸附量高于先添加磷时或两者同时添加时,且砷吸附量随P/As摩尔比的增加而逐渐下降.在黑土、紫色土和红壤上,先添加砷比先添加磷或两者同时添加时的砷吸附量均要高,尤其是在紫色土上.随P/As摩尔比升高,土壤对砷的吸附量表现出下降趋势.     

电位溶出法初步研究Cu~(2+)在高岭石上的吸附及受胡敏酸的影响

运用电位溶出法(PSA)初步考察了不同条件下Cu2 在高岭石上的吸附及胡敏酸对吸附行为的影响。结果表明,Cu2 在高岭石上的吸附量随着介质pH的升高而增加,pH<4时,增加比较缓慢,当4Al-HA-Cu。同样,溶液中待测Cu2 浓度的升高也使得其在高岭石上的吸附量增加。PSA法作为电化学方法的一种,同样适用于研究不同条件下矿物对重金属离子的吸附规律。     

DNA在土壤活性颗粒表面的结合机制及其稳定性和生物活性

采集我国地带性土壤山东泰山天外村棕壤,分 离提取粗胶体(0.2～2.0μm)和细胶体(<0.2 μm),对两部分胶体进行去有机质和不去有机质处 理,得到0.2～2.0 μm含有机质粘粒、0.2～2.0 μm 去有机质粘粒、<0.2 μm含有机质粘粒和<0.2 μm去有机质粘粒.以上述不同型的棕壤胶体、 蒙脱石、羟基铝一蒙脱石复合物,高岭石和针铁矿为 试验材料,研究DNA在土壤胶体和矿物表面的吸 附解吸行为和结合机制、固定态DNA的稳定性和 细胞转化、固定态质粒DNA的PCR扩增以及土壤 胶体和矿物对微生物代谢活性的影响,获得如下主 要结果:     

粘土矿物吸附重金属的研究

采用蒙脱石和高岭石为吸附剂,研究了其对水中的Cu2+、Pb2+、Zn2+的吸附选择性。结果表明:蒙脱石的吸附容量大于高岭石。粘土矿物对重金属的吸附量随着pH值的增大而增大。在pH4,25℃的条件下,蒙脱石和高岭石对不同重金属离子的吸附容量大小顺序均为:Pb2+>Cu2+>Zn2+。通过吸附等温线的拟合,证实了蒙脱石对重金属离子具有良好的吸附选择性。     

pH和磷酸根对砷(Ⅴ)在棕壤上吸附解吸的影响

研究了pH以及As(Ⅴ)、P的加入顺序和P浓度对As(Ⅴ)和P在棕壤上吸附的影响。结果表明,As(Ⅴ)和P的加入顺序对其在棕壤上的吸附影响很大。As(Ⅴ)和P在棕壤上的吸附表现为相互抑制。在As(Ⅴ)和P共同存在的体系中,As(Ⅴ)对P吸附的抑制率要大于P对As(Ⅴ)的抑制。当P/As较低(P/As<5)时,P浓度的增加会明显降低土壤对As(Ⅴ)的吸附,As(Ⅴ)的解吸量随P浓度的提高迅速增加;而当P/As>5时,As(Ⅴ)解吸量的增加趋于缓慢。     

巯基功能化蛋壳膜对水溶液中As(Ⅴ)的吸附去除研究

研究了巯基功能化蛋壳膜(TESM)对水溶液中As(Ⅴ)的吸附去除性能.考察了溶液pH值、离子强度、腐殖酸(HA)等的影响,并用Freundlich和Langmuir等温模型对实验数据进行拟合.结果表明,当pH值为8.0时,TESM对As(Ⅴ)的吸附效果最好;NaCl的加入显著降低了TESM对As(Ⅴ)的吸附量;HA的存在降低TESM对As(Ⅴ)的吸附能力,但进一步增大腐植酸质量浓度对TESM吸附As(Ⅴ)无显著影响;TESM对As(Ⅴ)的吸附符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,最大吸附量为21.51mg/g,为未功能化蛋壳膜吸附量的9倍.     

污染农田水稻中砷的积累与形态组成特点及其影响因素研究

以浙江省某地铅锌矿附近污染农田为研究对象,采样分析了砷污染农田生长水稻中砷的积累和形态组成特点及其影响因素.结果表明:在水稻不同器官中砷含量表现为根部>茎>叶>谷壳>糙米;水稻根部砷含量随土壤砷污染程度的加重和土壤pH值的增加而增加,而地上部特别是糙米中砷含量受土壤性状的影响较小;水稻植株中的砷以无机砷为主,其平均量约占全砷量的85％;在水稻各器官中,As(Ⅲ)与As(Ⅴ)的相对比例有所不同,在根部、谷壳和糙米中以As(Ⅲ)为主,在茎、叶中以As(Ⅴ)为主;水稻体内DMAV(二甲基砷)比MMAV(甲基砷),以及As(Ⅲ)比As(Ⅴ)更易向上部迁移;水稻体内As(Ⅲ)与As(Ⅴ)占总砷的比例存在消长关系;水稻中无机砷占总砷的比例与土壤pH值呈负相关,与土壤Eh值呈正相关;DMAV占总砷的比例与土壤pH值呈弱正相关,与土壤Eh值呈显著的负相关;土壤淹水可增加水稻中DMAV的含量;DMAV占总砷的比例与无机砷的比例呈显著的负相关;水稻体内主要形态的砷[包括As(Ⅲ)、As(Ⅴ)和DMAV]含量基本上呈同步变化;在水稻糙米中As(Ⅲ)、As(Ⅴ)量与总无机砷量之间存在良好的线性关系.     

不同纳米材料对As(Ⅲ)的吸附机制

为明确不同纳米材料对水中As(Ⅲ)的吸附效果和机制,筛选出经济有效的As污染吸附材料,采用批处理振荡平衡法,研究了多层氧化石墨烯(多层GO)、20 nm羟基磷灰石(P20)、40 nm羟基磷灰石(P40)以及纳米零价铁(n Fe)对As(Ⅲ)的吸附差异性。结果表明,不同纳米材料对As(Ⅲ)的吸附能力存在显著差异(P0.05),吸附容量的大小顺序为多层GO(17.4 mg·g~(-1))P20(2.74 mg·g~(-1))P40(2.17 mg·g~(-1))n Fe(0.976 mg·g~(-1))。其中,多层GO对As(Ⅲ)的吸附效果最好,其饱和吸附量是nFe的17.8倍。通过能量弥散X射线谱(EDS)、X-射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FTIR)等对不同纳米材料吸附As(Ⅲ)前后进行分析,证实了多层GO的吸附机制是以单层化学吸附为主;P20、P40、nFe吸附机制为材料表面的聚沉吸附及含氧官能团与As(Ⅲ)发生络合等反应的吸附。实验结果表明多层GO可作为吸附材料用于As(Ⅲ)污染水体的修复。