外源镉在几种典型农耕土壤中的稳定化特征

采用室内培养的方法,研究了重金属镉(Cd)在水稻土(渗育型)、黄壤、酸性紫色土、中性紫色土和石灰性紫色土5种典型农耕土壤中的稳定化过程,探讨Cd进入土壤后其有效态含量在180 d内随时间的变化特征,并利用动力学模型进行模拟,通过相关性分析,定量化描述土壤理化性质对Cd稳定化过程的影响。结果表明:有效态Cd在培养15 d内迅速下降,随后缓慢降低,外源Cd添加量≤2 mg·kg-1时,30 d后基本达到平衡,外源Cd添加量≥5 mg·kg-1时,60 d后才趋于稳定;平衡后,水稻土、黄壤及酸性紫色土中有效态Cd含量占加入总量的52.6%~66.7%,中性紫色土和石灰性紫色土中占33.6%~46.5%。5种动力学方程中,以二级动力学方程模拟外源Cd的稳定化效果最好,以该方程拟合所得的稳定化平衡含量和表观速率常数可用来表征Cd进入土壤后的稳定化过程。相关性分析表明,Cd在土壤中的稳定化过程与土壤性质密切相关,表现为p H值、CEC和有机质含量较高的土壤中有效态Cd含量较低,高p H值、高CEC和高有机质含量对平衡时的Cd含量有显著抑制作用,且以p H对Cd稳定化速率和平衡含量的影响最大。     

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.     

紫外光照和Fe(Ⅲ)存在下苯酚氧化与Cr(Ⅵ)还原的协同作用

研究了紫外光照下Fe(Ⅲ)为光催化剂促进苯酚(C6H5OH)与Cr(Ⅵ)氧化还原反应作用机制及其影响因素。结果表明:200μmol·L-1Fe(Ⅲ)存在下初始浓度为200μmol·L-1苯酚的氧化速率和初始浓度为200μmol·L-1Cr(Ⅵ)的还原速率均得到明显提高,平均速率分别为3.4和4.0μmol·L-1·min-1,均比无Fe(Ⅲ)时的速率提高了1倍;降低溶液pH值有利于反应速率的增加,但温度的变化对反应速率影响不显著。增加初始Fe(Ⅲ)和苯酚浓度,同样能有效提高Cr(Ⅵ)的还原速率。Cr(Ⅵ)还原和苯酚的氧化均符合一级反应动力学规律。     

土壤中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)生态毒性的差异性研究

土壤铬(Cr)的毒性与其价态密切相关,为了比较不同价态Cr对多种生物指标和生态系统的毒性差异,并为Cr污染土壤的生态风险评价提供依据。本文通过文献搜集的基于中国土壤的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)生态毒理学数据,分别建立了Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)对各生物指标的半数有效浓度(EC_(50))和10%有效浓度(EC_(10))与土壤性质关系的预测模型,在模型种间外推和归一化处理后,利用BurrⅢ构建了中性土壤情景下Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的物种敏感性分布(SSD)曲线,并根据潜在影响比例(PAF)的公式反推出在不同PAF下Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)在生态系统水平上的毒性差异。结果表明:小白菜根伸长和土壤脱氢酶活性分别是对土壤Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)污染最敏感的生物指标;在物种水平上,两种价态Cr的毒性差异因生物指标的变化而不同;在生态系统水平上,两种价态Cr的毒性差异随PAF而发生变化,在较大的PAF范围内(基于EC_(50)和EC_(10)数据的PAF分别在84.4%和87.3%以下)和通常的保护水平(PAF为5%)下,Cr(Ⅵ)的生态毒性显著高于Cr(Ⅲ)。本研究表明Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的生态毒性存在着显著差异,根据Cr的价态组成从生态系统毒性水平上进行研究,能够综合反映土壤Cr污染的生态风险并为土壤修复管理等提供参考。     

硫掺杂零价铁去除Cr(Ⅵ)的机理及环境影响因素

为提高对六价铬[Cr_2O_7~(2-),Cr(Ⅵ)]的去除能力,采用硫代硫酸钠对零价铁(ZVI)进行改性。采用吸附实验研究所制备的硫化零价铁(S-ZVI)在不同环境条件下对溶液中Cr(Ⅵ)的去除能力,结合对材料的表征分析,探讨了S-ZVI去除Cr(Ⅵ)的机理。结果表明:硫掺杂后形成FeSx并覆盖在ZVI表层,所得S-ZVI的表面积约为ZVI的2倍。硫化改性有效地提高了材料对水体中Cr(Ⅵ)的吸附和还原能力。在pH为3时的吸附数据更符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,其中S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除量约为ZVI的3倍。反应后材料的解吸实验和XPS分析显示Cr(Ⅵ)大部分被还原为Cr(Ⅲ),并进一步被吸附沉淀。硫化改性提高了ZVI的导电能力,从而提高了ZVI在Cr(Ⅵ)还原过程中的电子传递速率。低pH值和高温更有利于两种吸附剂对Cr(Ⅵ)的去除,而腐植酸(HA)抑制Cr(Ⅵ)的去除。因此,S-ZVI对Cr(Ⅵ)的去除包括还原、吸附和共沉淀机制,S-ZVI较好的性能可能与其良好的电化学特性和较大的表面积有关。     

高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ)对有机酸还原Cr(Ⅵ)的影响

通过批式试验研究了高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对草酸、柠檬酸和酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的影响.结果表明,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对3种有机酸还原Cr(Ⅵ) 均有良好的催化作用,其效果大小依次为:草酸、柠檬酸、酒石酸.酒石酸为还原剂,当其初始浓度≤2.0 mmol·L-1时,高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 对酒石酸还原Cr(Ⅵ) 的催化作用小显著,但其催化作用随酒石酸初始浓度的增加而明显提高.温度和pH对高岭石表面吸附态Mn(Ⅱ) 催化草酸和柠檬酸还原Cr(Ⅵ) 有显著影响,温度越高,反应速率越快;当pH在3.5～4.5范围内,草酸对Cr(Ⅵ) 的还原反应速率随pH的降低而显著升高;然而,柠檬酸对Cr(Ⅵ) 的还原速牢却在pH=4.0时为最快.     

稻草对土壤中铬的形态变化及微生物活性的影响

通过向添有外源Cr(Ⅵ)的土壤中施入一定量的粉碎稻草, 研究了稻草对土壤中铬的形态变化特征:包括Cr(Ⅵ)含量的变化、有效态铬含量的变化以及铬形态分布特征的影响. 实验结果表明, 施入稻草可以促进Cr(Ⅵ)的还原, 加快土壤中Cr(Ⅵ)和有效态铬含量的降低; 同时, 铬的形态分析表明, 施入稻草的土壤水溶态和交换态铬含量比未施稻草的土壤低, 而沉淀态和有机结合态铬含量比未施稻草的土壤高. 实验还探讨了稻草对Cr(Ⅵ)污染土壤微生物活性的影响. 结果表明, 施入稻草的土壤呼吸强度和微生物数量都比未施稻草的土壤高, 增施稻草对缓解Cr(Ⅵ)对土壤微生物的抑制作用有一定的效果.     

土壤外源铅的稳定化特征及其对土壤性质的响应

为探明土壤理化性质对外源铅(Pb)稳定化过程的影响,选取11种理化性质差异较大的土壤样品,分别加入500mg·kg-1Pb和500mg·kg-1Pb+1.0mg·kg-1镉(Cd)后进行360d的室内培养,利用5个动力学模型对Pb稳定化过程进行模拟,并进一步分析了有效Pb变化的特征及其关键影响因素。结果表明,在Pb单一和Pb-Cd复合污染下,所有土壤有效Pb浓度在初始的15d内都迅速下降,随后变化减缓,60d后基本达到平衡。外源Cd对Pb浓度变化的影响非常小。5个动力学模型中以二级动力学方程模拟结果最好,所得的稳定化平衡浓度Ce2和表观速率常数k2能够较好地表征Pb的衰减和稳定过程。相关和逐步回归分析表明,提高土壤pH、阳离子交换量和有机质含量能够显著加快Pb的稳定化速率、降低Pb的平衡浓度,并以pH对Pb稳定化速率和平衡浓度的直接影响最大。     

零价铁粉对水稻土中六价铬的还原作用及其影响因素研究

【目的】研究雷州半岛水稻土吸附 Cr（Ⅵ）反应特征以及零价铁粉对水稻土中 Cr(VI) 的还原作用, 分析相关因素对上述过程的影响。【方法】通过批处理等温吸附和动力学实验,考察反应物浓度、时间、pH、 离子强度和陪伴离子等因素对 Cr（Ⅵ）吸附量和还原比例的影响,并用相关反应模型对数据进行拟合分析。【结果】 在所研究的 0.1~2.0 mmol/L 初始浓度范围内,水稻土对 Cr（Ⅵ）吸附未达到饱和,吸附等温线可用 Langmuir 方 程拟合（R2=0.9963）。提高 pH 和离子强度将抑制 C（Ⅵ）吸附,且吸附动力学曲线可用假一级反应动力学方程 拟合（R2=0.9935）。在所研究的反应条件下（初始溶液 pH4.0、0.20 mmol/L Cr（Ⅵ）、0.01 mmol/L NaCl、5.0 g 土 +0.25 g 零价铁粉、体系总体积 250 mL）,Cr（Ⅵ）还原比例可达 100%。溶液中 Cr 质量衡算表明,所生成的 Cr（Ⅲ）可部分被吸附到固体表面。磷酸根和邻菲罗啉的存在均可降低 Cr（Ⅵ）还原比例,提高反应体系 pH 不利于 Cr（VI）还原,其比例可从 pH4.34 时的 100% 下降至 pH6.87 时的 56.3%。【结论】水稻土吸附 Cr（Ⅵ） 反应机理包含静电吸附,高 pH 条件所导致的土壤表面对 Cr(VI) 的静电斥力增加以及背景电解质中阴离子的竞争 吸附均可减少水稻土对 Cr（Ⅵ）的吸附量;零价铁粉对水稻土中 Cr（Ⅵ）的还原比例随 pH 升高逐渐减少,且 磷酸根的存在有抑制作用。     

玉米芯活性炭的制备及其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

利用硫酸作脱水剂制备玉米芯活性炭,并应用于废水中Cr(Ⅵ)的吸附。试验考察了pH对吸附效果的影响、吸附平衡时间的确定、吸附剂的用量和Cr(Ⅵ)的初始浓度对吸附的影响,进而确定用玉米芯制备出的活性炭吸附Cr(Ⅵ)的最优条件。通过动力学吸附模型的考察,玉米芯活性炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型。与FTIR谱图相结合,推断玉米芯经过硫酸碳化后,含氧功能团增加,加强了活性炭将Cr(Ⅵ)还原Cr(Ⅲ)的能力,导致吸附容量增加。玉米芯的低温炭化,对农业废弃物的再利用提供了一个切实可行的思路,对寻找废水中重金属离子的吸附剂具有潜在的现实意义。     

蔺草负载活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程分析

以表面具有沟槽结构的蔺草为基体,通过在其表面负载活性炭颗粒,在不做粉碎处理的情况下得到高效生物基Cr(Ⅵ)吸附剂。分别以准一级、准二级动力学方程和Langmuir模型、Freundlich模型对其吸附特征曲线进行了拟合分析。结果表明:该吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附过程遵循准二级反应机理,吸附速率被化学吸附所控制。吸附等温线符合Langmuir模型。通过表面负载活性炭粒子,大幅度提高了蔺草对Cr(Ⅵ)的吸附性能,当pH值为1.0,蔺草用量为50 m LCr(VI)溶液1.0 g,对浓度100 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液25℃下吸附20 h,Cr(Ⅵ)吸附率达到99.6%。     

基于DGT技术分析土壤重金属Cd、Ni的老化特征

为明确重金属在土壤中的老化进程,锁定关键影响因子,采用梯度扩散薄膜(DGT)技术探究了外源添加Cd和Ni两种重金属在6种不同类型土壤中的老化特性,并探讨了影响重金属老化过程的关键因子。结果表明:Cd、Ni在不同土壤中的老化过程差异性明显,Ni比Cd更易老化。进入土壤中的重金属老化过程大致分为3个阶段,添加后20～30 d为快速老化阶段,30～60 d为缓慢老化期,除个别高污染土壤外,其余土壤均在60 d后基本达到平衡。数据分析结果表明,6种土壤中Cd、Ni的老化平衡浓度由初始浓度决定,初始浓度、CEC等因子为影响Cd、Ni老化速率的主控因素。DGT作为一种原位、非破坏性、不引入外源离子的监测技术,可以动态展示土壤外源添加重金属在老化过程中的活性变化,对评估土壤重金属污染风险具有重要参考价值。     

螯合剂与低分子有机酸复配淋洗修复Cr（Ⅵ）污染土壤

为探究可生物降解螯合剂氨三乙酸(NTA)替代乙二胺四乙酸二钠(EDTA)在复配淋洗剂中的作用,本文研究了NTA和EDTA与草酸和酒石酸所配制的复配淋洗剂在不同浓度、固液比、pH值和淋洗时间下对Cr(Ⅵ)污染土壤淋洗效果的影响及淋洗动力学,此外还使用顺序提取方案(BCR)分析了淋洗前后土壤中重金属的形态、迁移率和稳定性变化。结果表明：混合等体积的0.25 mol·L^-1NTA和0.3 mol·L^-1草酸在固液比为1∶9、pH为3、淋洗时长为240 min条件下达到最大Cr(Ⅵ)去除效率82.94%,这与使用EDTA淋洗时的效率相近;该复配淋洗剂淋洗Cr(Ⅵ)污染土壤时的动力学符合拟二级动力学方程;BCR实验结果表明,NTA和草酸复配淋洗后土壤中Cr的弱酸可提取态、可氧化态和残渣态组分含量分别从6 346.67、4 280.00、2 387.67 mg·kg^-1下降至1 161.67、433.35、741.00 mg·kg^-1,可还原态组分从2 746.67 mg·kg^-1上升至6...     

几种化肥对外源Cr(Ⅵ)形态和小白菜吸收铬的影响

通过盆载试验探讨了几种化肥对土壤铬的形态和小白菜吸收铬的影响.结果表明:1)外源Cr(Ⅵ)可显著增加土壤有效铬含量,但增施氯化钾、硝酸钙和硫酸钠能有效抑制外源Cr(Ⅵ)向残渣态和有效态铬转化,并促进外源Cr(Ⅵ)向有机态铬转化;2)增施硅酸钠可抑制外源Cr(Ⅵ)向残渣态铬转化,但有利其向有机态、沉淀态和有效态转化,对土壤铬的活化有明显效果;3)适量施用氯化钾和硫酸钠均可有效抑制小白菜对铬的吸收,并提高产量品质,但硝酸根离子有促进小白菜铬吸收的作用,故增施硝酸钙会提高小白菜铬含量;4)增施硅酸钠对小白菜吸收铬有较强的抑制作用,对降低小白菜铬吸收有明显效果,但由于其活化铬提高了土壤铬毒性,故妨害作物营养而降低小白菜产量.     

几种化肥对外源Cr(Ⅵ)形态和小白菜吸收铬的影响

通过盆载试验探讨了几种化肥对土壤铬的形态和小白菜吸收铬的影响.结果表明:1)外源Cr(Ⅵ)可显著增加土壤有效铬含量,但增施氯化钾、硝酸钙和硫酸钠能有效抑制外源Cr(Ⅵ)向残渣态和有效态铬转化,并促进外源Cr(Ⅵ)向有机态铬转化;2)增施硅酸钠可抑制外源Cr(Ⅵ)向残渣态铬转化,但有利其向有机态、沉淀态和有效态转化,对土壤铬的活化有明显效果;3)适量施用氯化钾和硫酸钠均可有效抑制小白菜对铬的吸收,并提高产量品质,但硝酸根离子有促进小白菜铬吸收的作用,故增施硝酸钙会提高小白菜铬含量;4)增施硅酸钠对小白菜吸收铬有较强的抑制作用,对降低小白菜铬吸收有明显效果,但由于其活化铬提高了土壤铬毒性,故妨害作物营养而降低小白菜产量.     

甘蔗渣生物炭对水体铬吸附反应研究

【目的】探究甘蔗渣生物炭对铬(Cr)的最佳吸附条件和吸附机理。【方法】在N_2保护和350、450、550℃3种温度条件下制备甘蔗渣生物炭,通过扫描电镜(SEM)比较炭化前后甘蔗渣外观的变化,通过批量处理试验研究制备温度、用量、Cr初始质量浓度、吸附时间等因素对甘蔗渣生物炭吸附Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的影响。【结果】甘蔗渣生物炭孔隙度随制备温度的升高而增大。制备温度越低,对Cr(Ⅵ)去除效率越高,当Cr(Ⅵ)质量浓度和炭用量分别为50 mg/L和15 g/L时,反应7 d后,350℃制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为5.703 mg/g,去除率可达92.39%;制备温度越高,对Cr(Ⅲ)去除效率越高,当Cr(Ⅲ)质量浓度和炭用量分别为75 mg/L和10 g/L时,反应7 d后,550℃制备的生物炭对Cr(Ⅲ)的最大吸附量为9.158mg/g,去除率达97.06%。甘蔗渣生物炭对Cr吸附等温线可用Langmuir模型拟合,Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)吸附动力学曲线分别符合拟一级和拟二级反应动力学模型。【结论】不同温度下制备的甘蔗渣生物炭对不同价态Cr的吸附具有选择性,其中350℃制备的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附效率最高,而550℃制备的生物炭对Cr(Ⅲ)的吸附效率最高。     

过渡金属离子Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用

25 ℃和pH 30～50条件下,研究了Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(Ⅵ)的催化作用.结果表明:避光条件下,Mn(Ⅱ)对草酸还原Cr(Ⅵ)有显著的催化作用,光照下其催化作用进一步得到提高.然而,避光条件下Fe(Ⅲ)对草酸还原Cr(VI)的影响甚微,但在光照条件下,Fe(Ⅲ)表现出极优越的催化作用.溶液pH值和照射光波长对反应有显著影响,Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)的催化作用随pH值提高而减弱;紫外光照射下两金属离子的催化作用大于模拟日光照射的.因此,本研究结果对由Cr(Ⅵ)引起的土壤和水的污染治理具有理论和实践指导意义.     

Cr（Ⅵ）还原菌Microbacterium sp. QH-2对铝氧化物吸附铬影响的研究

氧化铝是土壤中最丰富和最活泼的矿物质之一,能对土壤中铬元素的迁移和转化产生影响。而土壤Cr(Ⅵ)还原菌能将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究探讨了Cr(Ⅵ)还原菌对铝氧化物吸附铬的影响。结果表明,在pH为4时,γ-氧化铝对Cr(Ⅵ)吸附能力明显强于α-氧化铝。α-氧化铝和γ-氧化铝与Cr(Ⅵ)还原菌株Microbacterium sp. QH-2混合培养后,二者的晶体结构并未受影响,但菌株QH-2的存在增加了α-氧化铝和γ-氧化铝对总铬的吸附量。     

一株Cr(Ⅵ)还原菌的筛选鉴定及其还原特性研究

从山西某铬渣堆场土壤中分离得到一株能还原Cr(Ⅵ)的细菌C2L,通过形态特征、生理生化反应和分子生物学鉴定确定该菌株为霍氏肠杆菌(Enterobacterhormaechei).该菌株能在较宽的pH 值(5~9)和温度(25~45 ℃)范围内还原Cr(Ⅵ),最佳反应条件为pH8和30 ℃.在Cr(Ⅵ)初始浓度为50、100、200、400、800 mg·L^-1时,C2L菌株对Cr(Ⅵ)的还原效率分别为99.3%、94.2%、85.6%、82.1%、58.2%.实验结果表明,该菌株在高Cr(Ⅵ)浓度下仍可表现出良好的还原能力,具有独特的还原Cr(Ⅵ)性能,在处理Cr(Ⅵ)污染土壤中存在极大的应用潜力.     

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50 mL 50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)溶液中加入0.5 g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△Go、AH°和△S°的计算表明,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318 K条件下的最大吸附量分别为20.54、26.00和29.53 g·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.