多壁碳纳米管和重金属镉的细菌毒性及影响机制

  目的  探讨多壁碳纳米管和重金属的相互作用，对复合生态毒性评价具有重要意义。  方法  测定3种不同官能团多壁碳纳米管（短、短羟基和短羧基）与镉离子（Cd2+）对大肠埃希菌Escherichia coli的单独及复合毒性，并通过碳纳米管zeta电位测定、沉降和吸附实验揭示短多壁碳纳米管-Cd2+混合物的细菌毒性及影响机制。  结果  3种多壁碳纳米管细菌毒性从强到弱依次为短多壁碳纳米管、短羧基多壁碳纳米管、短羟基多壁碳纳米管。100 mg·L-1短多壁碳纳米管混合不同质量浓度（0、1、2、4、8、10 mg·L-1）Cd2+，复合毒性从强到弱依次为短多壁碳纳米管-Cd2+、短羧基多壁碳纳米管-Cd2+、短羟基多壁碳纳米管-Cd2+，且复合毒性都小于两者叠加毒性。不同质量浓度（10、20、50、100、200 mg·L-1）多壁碳纳米管混合1 mg·L-1Cd2+，复合毒性从强到弱依次为短多壁碳纳米管-Cd2+、短羧基多壁碳纳米管-Cd2+、短羟基多壁碳纳米管-Cd2+。  结论  多壁碳纳米管-Cd2+混合物的细菌毒性主要取决于多壁碳纳米管对Cd2+的吸附状况。     

温敏型分子印迹水凝胶的制备及对有机磷阻燃剂的吸附性

  目的  制备一种兼温度响应与高选择识别性能于一体的分子印迹水凝胶(T-MIHs)。  方法  以磷酸三(2-氯丙基)酯[Tris (2-chloropropyl) phosphate, TCPP]为模板分子，丙烯酸为功能单体，N-异丙基丙烯酰胺为温敏单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，采用自由基聚合法制备了温度敏感的T-MIHs。利用红外光谱、核磁共振波谱、扫描电镜、差示扫描量热表征原料的结构，考察水凝胶对模板分子的特异识别性能。  结果  成功制备T-MIHs，其最低临界溶解温度为39 ℃；等温吸附符合Langmuir吸附理论模型，吸附动力学符合准一级吸附动力学模型。该分子印迹水凝胶对TCPP显示了良好的选择识别性，对模板分子的吸附容量为119.32 mg·g?1，印迹因子α=3.75，选择因子β=2.75，对TCPP的识别具有温度响应性。  结论  T-MIHs对水溶液中TCPP具有优异的吸附效果，同时对构筑有机磷阻燃剂高选择识别性的温敏印迹水凝胶具有重要参考。图9表4参30     

大豆蛋白基多孔凝胶球对Pb(Ⅱ)的吸附研究

为了解决工业废水铅Pb(Ⅱ)污染问题，以海藻酸钠和大豆蛋白为原料，制备了具有多孔结构的大豆蛋白基多孔凝胶球，并用于对模拟废水Pb(Ⅱ)的去除研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔隙分析仪、Zeta电位仪和X射线光电子能谱(XPS)对多孔凝胶球的形貌、多孔结构、表面电荷和元素组成进行了表征，并探讨了溶液pH、吸附时间、吸附剂用量、铅离子初始浓度等因素对大豆蛋白基多孔凝胶球吸附Pb(Ⅱ)的吸附容量和脱除效率的影响。结果表明，在pH>2.9的条件下，大豆蛋白基多孔凝胶球表面带负电，能够通过凝胶球内部的多孔通道上的吸附位点有效地吸附带正电的Pb(Ⅱ)离子，最高脱除效率可达99%,能循环使用。通过对吸附数据进行3种动力学模型(准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型)和两种等温模型(Langmuir和Freundlich模型)的拟合分析，发现吸附过程符合准二级动力学模型，且遵循Langmuir单分子层吸附机制，最大吸附容量为264.01 mg·g^-1。表明，大豆蛋白基多孔凝胶球能对模拟废水中的Pb(Ⅱ)进行高效吸附。     

糠醛渣木质素接枝聚丙烯酸水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+吸附性能研究

以糠醛渣木质素和丙烯酸为原料,制备了可有效去除水中Pb2+、Cu2+和Cd2+离子的糠醛渣木质素-g-聚丙烯酸水凝胶(FRL-g-PAA水凝胶);研究了pH值、温度和离子强度对FRL-g-PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+性能的影响;分析了FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学的相关数据;采用XPS谱图进一步分析了FRL-g-PAA水凝胶对重金属离子的吸附机制。结果表明:在PAA水凝胶结构中引入糠醛渣木质素提高了水凝胶对重金属离子的平衡吸附容量,吸附体系pH值为5,降低温度有利于FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+重金属离子的快速、高效吸附;在K+的干扰下,FRL-g-PAA水凝胶对重金属离子的平衡吸附量顺序是Pb2+>Cu2+>Cd2+;FRL-g-PAA水凝胶和PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+均遵循准二级动力学方程和弗兰德里希模型的自发放热反应;XPS谱图证明了FRL-g-PAA水凝胶的羟基和羧基与重金属离子之间存在络合作用,FRL-g-PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+、Cd2+吸附过程兼具物理吸附和化学吸附的特点。      

海藻酸钠凝胶球对水中无机磷的吸附性能

利用一定质量分数的海藻酸钠(SA)滴入Ca2 、Fe3 等溶液中会形成规则球形的特性制备凝胶球,用于处理含磷废水。研究了不同凝胶球的除磷特性及除磷效果,并对腐殖酸与无机磷混合溶液进行吸附研究。实验结果表明,凝胶球对无机磷具有很强的吸附性能,该技术具有工艺简单、处理效率高、速度快等优点。吸附时间16h,海藻酸钠—钙—铁(Ⅲ)凝胶球对200mL(TP=50mg/L)的模拟污水去除率接近50%,海藻酸钠—铁(Ⅲ)凝胶球对磷的去除率可接近97%。海藻酸钠—钙—铁(Ⅲ)凝胶球在酸性条件下比较稳定,在碱性条件下易被分解。Langmuir型方程式可以较好地描述海藻酸钠—钙—铁(Ⅲ)凝胶球对磷的吸附行为,最大吸附量为1428.6mg/g,海藻酸钠最佳制备质量分数为2%。研究结果还表明,海藻酸钠—钙—铁(Ⅲ)凝胶球可以选择性去除与腐殖物质共存水体中的磷。     

β-环糊精功能化生物炭对重金属复合污染土壤的修复研究

为探究β-环糊精功能化生物炭对重金属复合污染土壤的修复，采用微波辅助一锅法快速制备乙二胺四乙酸交联β-环糊精改性生物炭(BC-CD_MW)并应用于土壤Pb和Cd的修复。BC-CD_MW吸附试验结果表明，对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附在60和80 min时可达到平衡且最大吸附量分别为168.37和18.48 mg·g^-1。土壤修复试验结果表明，与CK和BC相比，添加BC-CD_MW可有效促使Pb和Cd的不稳定形态向残渣态转化21.53%和30.54%，降低其迁移和生物可利用性。通过土壤理化性质分析，BC-CD_MW的投加未对土壤造成危害，补充土壤中有机碳含量。可见，BC-CD_MW可作为土壤Pb和Cd修复的有效材料。     

植酸海泡石复合重金属吸附剂对Pb2+的吸附研究

[目的]研究植酸海泡石复合重金属吸附剂对Pb2+的吸附效果。[方法]利用植酸和海泡石复合制备出植酸海泡石复合重金属吸附剂,并研究了其对Pb2+的吸附效果。[结果]植酸海泡石复合重金属吸附剂对Pb2+有很好的吸附效果,最佳吸附剂用量为20 g/L,最佳吸附温度为40℃,最佳吸附pH为4。该吸附剂可再生、便于重复利用。[结论]植酸海泡石复合重金属吸附剂将在废水处理领域拥有广阔的前景。     

不同官能团多壁碳纳米管对镉的吸附及细菌毒性

  目的  探讨不同官能团多壁碳纳米管对镉离子(Cd2+)的吸附作用,揭示多壁碳纳米管影响镉细菌毒性的机制。  方法  通过批量吸附平衡实验研究不同官能团(羟基化、羧基化、氨基化、未经修饰)多壁碳纳米管(MWCNTs)对Cd2+的吸附性能,通过细菌毒性实验评估不同官能团多壁碳纳米管和Cd2+对大肠埃希菌Escherichia coli的毒性效应。  结果  4种多壁碳纳米管对Cd2+的吸附能力从大到小依次为羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氨基化多壁碳纳米管,吸附性能与碳纳米管含氧量相关。多壁碳纳米管- Cd2+复合物细菌毒性低于游离Cd2+,随纳米管质量浓度增加(0~200 mg·L?1),羧基化多壁碳纳米管-Cd2+复合物作用下细菌存活率从67%提高到81%。  结论  不同官能团多壁碳纳米管对Cd2+的吸附量与碳纳米管含氧量呈正相关;多壁碳纳米管-Cd2+复合物细菌毒性低于游离Cd2+,认为多壁碳纳米管可降低游离Cd2+的细菌毒性。图4表2参26     

聚丙稀酰胺高吸附树脂与重金属离子的相互作用

为探究高吸附树脂对重金属离子的吸附能力,用聚丙烯酰胺高吸附树脂对Cu(NO3)2、Pb(NO3)2标准溶液进行吸附,研究高吸附树脂与Cu2+、Pb2+的相互作用关系。结果表明:高吸附树脂吸水倍率随Cu2+、Pb2+浓度增大而显著减小,两者之间存在显著幂函数关系。离子吸附量随Cu2+、Pb2+浓度增大而显著增大,吸附平衡时Cu2+、Pb2+的最大吸附量分别为131.72、242.68 mg/g,高吸附树脂吸附过程符合Freundlich等温吸附方程。高吸附树脂对Cu2+、Pb2+的吸附量随时间增加而增大,吸附速率逐渐减小,吸附动力学可用准二级动力学方程描述。相同质量浓度下,高吸附树脂对Pb2+的吸附量和吸附速率均大于Cu2+。吸水凝胶在去离子水中和硝酸溶液中解吸很快,大约1 h后达到平衡,高吸附树脂在去离子水中解吸率不高,但在1 mol/L HNO3溶液中Cu2+、Pb2+解吸率均大于85%。高吸附树脂3次重复吸附后,Cu2+、Pb2+平衡吸附量分别为第1次吸附量的75.36%和78.12%,重复吸附性能良好。研究结果可为高吸附树脂应用于含有重金属的污水处理和土壤修复提供参考。      

3种块茎类挺水植物的净水效能及资源化利用

  目的  研究常见块茎类水生植物对污染水体营养物质的净化能力及植物块茎淀粉产量,探明淀粉资源化利用的可行性及潜在风险。  方法  通过水培试验,对比黄菖蒲Iris pseudacorus、美人蕉Canna indica、水芋Calla palustris对污染水体的净化性能,以不种植物处理作空白对照,每组设3个重复。考察水中氨氮、总氮和总磷的去除效率,分析氮磷在植物根、茎、叶和块茎中的积累及分配,测定植物块茎中淀粉质量分数及重金属铜(Cu)、锌(Zn)、铬(Cr)和铅(Pb)的富集量。  结果  水中氨氮和总磷初始质量浓度为7.37~7.53、0.41~0.45 mg·L?1时,试验20 d,植物处理组氨氮、总氮和总磷质量浓度分别降至0.01~0.07、0.61~0.91和0.025~0.031 mg·L?1,满足GB 3838?2002《地表水环境质量标准》之Ⅲ类水标准限值要求。黄菖蒲、美人蕉和水芋块茎淀粉提取量分别为61.3、14.1和64.0 g·kg?1。100 m2植物种植试验区,黄菖蒲、美人蕉和水芋区分别回收淀粉量14.3、1.2、2.6 kg。植物块茎可富集重金属,当水中Cu2+、Zn2+、Cr3+和Pb2+初始质量浓度为2.01~2.08、2.56~2.87、0.22~0.26、0.24~0.26 mg·L?1时,黄菖蒲块茎淀粉中铜、锌、铬和铅质量分数分别为10.30、46.7、12.03和1.74 mg·kg?1,美人蕉依次为12.68、44.67、8.15和1.32 mg·kg?1,水芋则为19.28、66.91、9.63和3.97 mg·kg?1。  结论  3种块茎类水生植物对氮磷等营养物质具有较强的净化能力,可回收较为可观的淀粉量,但若污染水体中共存重金属时,不建议对植物块茎进行资源化利用。图4参17     

杭州市临安区4种绿地内细颗粒物中重金属污染特征

  目的  分析城市绿地内细颗粒物(PM_2.5)中重金属质量浓度的时空变化规律及其影响因素，可为科学规划城市绿地、改善人居环境质量提供依据。  方法  在杭州市临安区选取居住绿地、商业绿地、广场绿地和公共绿地等4种类型绿地作为研究对象，采用智能中流量TSP采样器采集空气中的PM_2.5，通过电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测样品中重金属的组成及质量浓度，分析其来源。  结果  4种绿地内重金属总质量浓度平均值为冬季[(950.13±90.15) ng·m?3]大于春季[(843.55±80.70) ng·m?3]，春、冬季重金属总质量浓度平均值从大到小依次为商业绿地[(1 023.18±94.10) ng·m?3]、居住绿地[(942.20±89.20) ng·m?3]、广场绿地[(861.85±84.05) ng·m?3]、公共绿地[(760.18±80.48) ng·m?3]。绿地内的重金属主要来自复合源(自然源、道路扬尘、汽车尾气和工业污染)、以燃煤为主的工业源和交通源等。  结论  合理增加绿地面积，可有效减轻城市重金属污染，在商业绿地周边控制车流量、推广新能源汽车能显著降低重金属质量浓度。图6表2参41      

缙云县某复垦地块土壤环境质量调查及生态风险评价

【目的】进一步探索浙江省缙云县某复垦地土壤环境质量。【方法】于2020年在缙云县某复垦地开展土壤环境质量调查,共采集17组土壤-水稻Oryza sativa籽粒复合样品,测定土壤和籽粒中镉、铅、铬、汞、砷等重金属的质量分数,利用单因子污染指数评价法、内梅罗综合指数法、潜在生态风险评价法和生态风险预警指数对土壤重金属污染程度进行评价。【结果】缙云县某复垦地块0～20 cm土层土壤重金属镉、铬、铅、汞、砷质量分数分别为0.33、107.74、53.40、0.03、18.42 mg·kg^-1。其中35.29%的点位土壤砷超标,其余4种重金属均未超过农用地土壤污染风险筛选值,镉、砷平均质量分数高于浙江省土壤背景值。复垦地块个别点位水稻籽粒铬和铅超标。该复垦地块的内梅罗综合污染指数平均值为0.69,有58.82%的点位处于警戒范围;地累积指数从大到小依次为镉(0.08)、铅(0.01)、砷(-0.32)、铬(-0.35)、汞(-3.02);潜在生态风险指数的平均值为74.10,存在轻微生态风险;土壤生态风险预警指数达到中度预警级别。【结论】复垦地块个别点位水稻籽粒铬和铅超标...     

污泥与园林废弃物混合堆肥施用量对林地土壤重金属质量分数及微生物活性的影响

  目的  研究了城市污泥与园林废弃物混合堆肥在人工林地施用2 a后重金属质量分数和土壤微生物活性的变化,以期为城市污泥产品在林业上的资源化利用提供科学依据。  方法  在榆树Ulmus pumila林地设计随机区组试验,根据堆肥中污泥含量设置4种混合堆肥施加量水平(0、15、30、60 t·hm?2),施用2 a后采集土样测定其中铬、铅、铜、锌、镉和镍等7种重金属指标(总量及形态)、土壤微生物碳氮质量分数、土壤呼吸强度及4种土壤酶活性等7种土壤微生物指标,分析不同施肥量对林地土壤质量的影响。  结果  污泥堆肥施用2 a后,6种重金属总量有一定的增加趋势,但各施加量之间差异不显著,同时不同形态的质量分数变化较小,表明土壤中重金属总体污染风险较低;土壤酶和微生物碳氮随施加量增加无明显变化趋势,但施肥样地的土壤酶指数和土壤呼吸强度都比对照样地高,表明施污泥堆肥提高了土壤微生物活性。  结论  污泥堆肥的施加量低于30 t·hm?2时,榆树林生态系统可承受其增加的重金属风险并提高土壤微生物活性,改善土壤质量。图1表4参22     

功能化枝状复合吸附材料的制备及吸附Cr(Ⅵ)的性能

  目的  针对介孔分子筛的化学改性合成枝状复合吸附材料，研究其吸附性能对重金属废水治理具有现实意义。  方法  以介孔材料SBA-15为硅源，通过化学修饰方法合成树枝状化合物的复合吸附材料SBA-15-G₃，并用巯基耦合剂巯基乙酸在 SBA-15-G₃上嫁接巯基，成功合成功能化吸附材料SBA-15-G₃-SH。通过场发射扫描电子显微镜、能量色散X-射线光谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、Zeta电位分析和氮气吸附-脱附等温线等方法对材料的结构和物理化学性质进行了表征。通过SBA-15-G₃-SH对水溶液中铬离子[Cr(Ⅵ)]的吸附，研究了pH、时间、初始铬离子浓度、温度等对吸附性能的影响。分析SBA-15-G₃-SH吸附剂的吸附等温线、动力学和热力学特性，采用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型对数据进行分析。  结果  Langmuir吸附等温线模型较好地拟合了吸附过程，吸附动力学模型符合准二级动力学方程。  结论  吸附主要通过SBA-15-G₃-SH表面的—SH基团表面络合作用以及与重金属离子的静电吸引，导致形成稳定的化合物。热力学结果表明:吸附Cr(Ⅵ)是一个自发的放热过程。图10表3参21     

松阳县典型中轻度污染耕地镉输入输出平衡研究

  目的  为准确了解浙江省丽水市松阳县农田土壤中镉(Cd)污染来源并制定修复对策。  方法  2017?2019年,以浙江省丽水市松阳县典型耕地为研究对象,通过采集当地的投入品和农作物,连续3 a监测重金属Cd的输入和输出量。  结果  2017?2019年,研究区肥料与大气沉降是Cd的主要农业污染来源,占比分别为49.78%和40.16%、50.20%和39.14%、34.04%和48.09%;投入品每年Cd的总输入量分别占土壤Cd总量的0.18%、0.17%和0.14%。水稻Oryza sativa、油菜Brassica napus与茶Camellia sinensis的Cd年总输出量分别为2 820.00、2 706.00和2 629.50 mg·hm?2·a?1,年平均输出量为2 718.50 mg·hm?2·a?1,年平均输出量总体较为平稳。2017?2019年间Cd年输入量和输出量均逐年降低,但Cd年输出量均大于Cd年输入量,其原因可能是Cd在植物中出现了富集。  结论  该地区Cd的农业污染来源主要为肥料和大气沉降,环境及农投品整体属于清洁水平,但大气沉降量有上升的趋势,因此需对该区域继续实施长期监测;植物的年输出量均大于投入品的输入量,因此需避免秸秆直接还田,并及时修复当地受污染的土壤以及种植的植物。图1表5参25     

不同原料生物质炭对重金属污染土壤微生物活性的影响

  目的  探究不同原料制备的生物质炭能否缓解长期重金属污染对土壤微生物活性的胁迫效应，为污染土壤生物质炭修复提供科学依据。  方法  将竹材边角料(BB)、山核桃Carya cathayensis蒲壳(PB)和玉米Zea mays秸秆(CB)制备的3种生物质炭分别以3%比例(炭土质量比)添加到长期受铅、镉污染土壤中，分析生物质炭短期施用下土壤养分、重金属有效质量分数和土壤微生物活性的变化特征。  结果  3种生物质炭添加均未影响土壤重金属全量，而显著(P＜0.05)降低了土壤氯化钙可提取态铅、镉质量分数。与不施生物质炭处理相比，BB、PB和CB分别使可提取态铅质量分数显著(P＜0.05)降低了69%、84%和72%；使可提取态镉质量分数显著(P＜0.05)降低了26%、63%和36%，且PB处理显著(P＜0.05)低于BB和CB处理。PB和CB添加均显著(P＜0.05)提高了土壤pH(0.79和0.51个pH单位)、有机碳质量分数(37%和74%)、全氮质量分数(12%和41%)，而BB添加对其影响不显著。BB、PB和CB分别使土壤磷脂脂肪酸总量提高了33%~56%、革兰氏阳性菌提高了30%~41%、革兰氏阴性菌提高了40%~66%、放线菌提高了34%~52%、真菌提高了33%~79%，但3种处理间无显著差异(除PB和CB处理的磷脂脂肪酸总量显著高于BB处理)。3种生物质炭均显著(P＜0.05)提高了脱氢酶活性(2~6倍)，但未影响土壤基础呼吸速率，而PB处理显著(P＜0.05)降低了细菌胁迫指数(13.9%)，提高了底物诱导呼吸速率。  结论  山核桃蒲壳制备的生物质炭可作为较好的改良剂，降低土壤铅镉有效性，恢复土壤微生物的数量和活性。图4表3参29