黑藻吸附Cd^2＋和Cu^2＋的拓展Langmuir模型研究

运用沉水植物修复低浓度重金属污染是一种廉价和清洁的技术。采用摇床振荡试验方法,研究了不同pH条件下,沉水植物——轮叶黑藻鲜样对重金属镉和铜的吸附特征。结果表明,pH值对吸附结果影响较大,黑藻对镉和铜的吸附,最适宜的pH值分别为7.0和5.0。在选用的3个拓展Langmuir模型中,模型A拟合效果最好,模型B大大低估了黑藻对重金属镉和铜的吸附能力,模型C则略偏高,表明沉水植物黑藻对重金属镉和铜的吸附与离子所带电荷关系不大,且没有产生吸附剂-重金属-H＋的复合式吸附产物（BMH）。运用模型A的回归参数,绘制的三维吸附网格图清晰阐明了不同H＋浓度下,黑藻对重金属镉和铜的吸附曲面特征。拓展Langmuir模型A的计算值与实测值的对比表明：24mg·L-1≤C0≤72mg·L-1时,78%的镉吸附量计算值与实测值偏差控制在22%以内,90%的铜吸附量计算值与实测值偏差控制在10%以内。研究不同pH条件下黑藻对镉和铜的生物吸附特征,将有助于对沉水植物修复低浓度重金属污染技术的理解和规范。     

自然水体生物膜对Pb^2＋Zn^2＋的吸附特性

以合肥董铺水库为水源、天然纯棉绳为人工基质培养自然水体生物膜,研究了该生物膜对Pb^2＋和Zn^2＋的吸附特性及其影响因素。结果表明,单一重金属离子体系中,生物膜对两种重金属离子的吸附均符合Freundlich吸附等温式（RP2b=0.9900,RZ2n=0.9989）和Langmuir吸附等温式（RP2b=0.9823,RZ2n=0.9792）;吸附过程符合Langmuir二级动力学方程（RP2b=0.9992,RZ2n=0.9999）;在pH6-7、温度25-30℃的条件下,Pb^2＋和Zn^2＋有较高的去除率;在Pb^2＋-Zn^2＋两元混合体系中,生物膜对Pb^2＋的吸附选择性明显比Zn^2＋强。     

菲在不同性质黑炭上的吸附动力学和等温线研究

在300、500和700℃3种条件下加热木屑制备得到3种黑炭,并对其结构和组成进行了表征。通过吸附动力学实验和平衡吸附实验,研究了菲在这些黑炭样品上的吸附动力学和平衡吸附,分别应用拟一阶、拟二阶和叶洛维奇3种动力学模型及Freundlich吸附等温方程对实验数据进行了拟合。结果表明,菲在黑炭样品上的吸附可以分为极快吸附、快吸附和慢吸附3个阶段,拟一阶动力学和叶洛维奇动力学方程仅能对菲在黑炭上吸附动力学的某个阶段拟合较好,而拟二阶动力学模型可较好地拟合菲的整体吸附动力学过程。说明菲在黑炭上的吸附由多个过程控制,水膜扩散、吸附剂颗粒表面扩散和吸附剂内部微孔扩散等多个过程导致了其吸附动力学的复杂性。在快吸附阶段,菲在各个黑炭上吸附动力学的差异,主要受黑炭疏水性影响。Freundlich模型对吸附等温数据的拟合结果进一步证实,多环芳烃菲在黑炭样品上的吸附受多种机制影响。     

不可提取态有机质对菲和萘的吸附过程的影响

土壤对疏水性有机污染物的吸附实际上是土壤中矿物和有机质两部分共同作用的结果。土壤有机质的作用相当重要，因为与矿物相比，它通常对疏水性有机污染物具有较大的热力学亲合力。因此，土壤吸附有机污染物机理的研究主要是从土壤有机质的角度进行的。土壤有机质组成复杂，主要包括非特异性有机质和腐殖质，其中腐殖质约占有机质总量的50％-80％，包括胡敏酸、富里酸和胡敏素。早期的实验研究认为疏水性有机污染物在土壤有机质相中表现为线性分配，可以用平衡分配系数来描述。但是，随着实验研究的深入，平衡分配模型不能合理解释疏水性有机污染物的一些吸附特征，如非线性吸附、溶质竞争吸附以及解吸过程的滞后现象等。后来，Weber和Huang提出土壤吸附有机污染物的三端元模型。同时Pignatello和Xing提出双模式吸附模型。都认为土壤有机质存在明显的不均匀性，并且提出了“软碳”与“硬碳”的概念。     

不同条件下菲和萘在塿土上的吸附特征研究

以平衡吸附法研究了菲和萘在塿土上的吸附行为,考察了初始浓度、温度、pH、离子强度和CaCO3对塿土吸附菲和萘的影响,Henry方程、Freundlich方程和deBoer-Zwikker极化方程被用来拟和吸附等温线。结果表明,菲和萘在塿土上的吸附等温线为非线性,Freundlich方程最符合其吸附行为。菲和萘在塿土上的吸附量随温度升高而降低,其吸附是一个放热过程;吸附自由能小于零,表明吸附过程是自发的;熵变值也小于零,说明焓变是吸附过程的驱动力。随着pH增加,塿土对菲和萘的吸附量下降;而随着离子强度增加,塿土对菲和萘的吸附量增加。CaCO对菲和萘的吸附等温线也为非线性,其对塿土吸附菲和萘具有较大的贡献。     

沉水植物对重金属Cu2＋的生物吸附及其生理反应

采用室内培养实验方法,研究了沉水植物轮叶黑藻（Hydilla verticillata）和穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）在吸收铜离子过程中产生的生理反应。以上两种沉水植物在Cu2＋浓度分别为0、2、4、8、16、32、64mg·L-1的溶液中暴露了24、48、72、96h,结果表明：黑藻对铜的积累量明显高于狐尾藻对铜的积累量,本实验中黑藻对铜的最大积累量为11295．31μgCu·g-1（干重）,而狐尾藻对铜的最大积累量为6861．26μgCu·g-1（于重）;对以上两种植物的叶绿素含量、SOD和POD活性产生胁迫效应的Cu2＋浓度明显不同,表明狐尾藻较黑藻对重金属Cu2＋胁迫具有更高的耐受性。以上研究结果对利用沉水植物去除重金属污染能起到一定的指导和参考作用。     

两种磷效率小麦在不同土壤上根际特征的差异

以磷高效型小麦小偃54和磷低效型小麦京411为研究对象设计三室根箱试验,通过测定生物量、吸磷量、pH和酸性磷酸酶,对比两种小麦在不同磷水平(P0 mg/kg土、100 mg/kg土)及两种不同土壤上(石灰性黑垆土、酸性红壤)根际特征的差异。试验结果表明,黑垆土上,增施磷肥使小偃54的总生物量增加了14.99%,京411增加了26.53%,总吸磷量二者分别增加了99.29%和83.70%;红壤的速效磷含量高,施肥仅提高了磷低效型小麦京411的生物量。黑垆土上磷胁迫并未造成小偃54与京411各部分生物量和吸磷量的显著性差异,但小偃54的根际pH降低值和酸性磷酸酶的活性却已显著高于京411;P0处理时,红壤上小偃54的地上部和总生物量显著高于京411,虽然红壤的速效磷含量高于黑垆土,但在P0处理时两种小麦在两种土壤上的生物量和吸磷量并无显著性差异。就根际分泌物而言,石灰性黑垆土上,小偃54的根系在低磷胁迫下通过降低pH和分泌酸性磷酸酶来活化土壤中难溶态的磷,而在红壤上小偃54的pH和酸性磷酸酶的活性保持稳定。酸性红壤中两种小麦酸性磷酸酶活性显著高于石灰性黑垆土。由此可见,两种磷效率小麦在两种不同性质土壤上活化机理存在差异。     

蛋白核小球藻对铅、镉和汞吸附速率及其影响因素的研究

通过吸附时间、藻细胞密度和重金属浓度等参数条件的变化,研究蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）对海水中Pb2＋、Cd2＋和Hg2＋的吸附。结果表明,蛋白核小球藻对Pb2＋、Cd2＋和Hg2＋的吸附率分别在2～4d内快速升高后趋于平衡,而吸附量在第1d达到最大值后逐渐变小。藻细胞密度为1×106cell·mL-1时,吸附量最大,当藻细胞密度达到4×106cell·mL-1时,吸附率增幅减小并趋于平衡。随着Pb2＋、Cd2＋和Hg2＋浓度升高,吸附率呈逐渐变小趋势,吸附量却增加。蛋白核小球藻吸附Pb2＋符合Freundlich等温线方程,而吸附Cd2＋和Hg2＋符合Dubimim-Radushkevich等温线方程。蛋白核小球藻对Pb2＋、Cd2＋和Hg2＋的最大吸附量分别为4.84、37.7mg·L-1和5.61μg·L-1,吸附能力顺序为Cd2＋〉Pb2＋〉Hg2＋。     

黄河表层沉积物对Hg^2＋的吸附研究

通过大量的实验工作，较为全面地探讨了黄河表层沉积物对重金属Hg^2 的吸附、解吸特性，提出了黄河表层沉积物对Hg^2 的吸附等温线。另外，还探讨了pH、泥沙浓度、温度、矿化度对Hg^2 吸附等温线的影响。     

Cu^2＋、Zn^2＋复合条件下Cd^2＋在陕西5种土壤中的吸附

通过平衡吸附的方法,研究了Cd2＋在单一及与Cu2＋、Zn2＋复合条件下,在陕西塿土、黄绵土、黑垆土、黄褐土、砂土5种土壤中的吸附特征,并通过多重相关分析探讨了其吸附机制。结果表明,在20、30℃条件下,Cd2＋在各供试土样中吸附等温线总体上呈H或L型等温线形式,黑垆土对Cd2＋总是吸附最强,而砂土的吸附总是最弱;Cd2＋吸附的温度效应呈现升温负效应特征,塿土土样中,Cu2＋的共存对其温度效应影响较大,而在其他4种土样中Zn2＋的共存具有较大影响;Cu2＋、Zn2＋的共存均降低了Cd2＋的吸附量,具有显著的拮抗作用;Freundlich模型是描述Cd2＋吸附等温线最佳模型。相关分析结果表明,Cd2＋在土壤中的吸附主要以电性引力吸附为主,Cu2＋的共存主要和其与土壤有机质之间的络和吸附等化学吸附作用有关,因此其对Cd2＋以化学竞争性吸附的影响相对较弱,而Zn2＋共存吸附与Cd2＋吸附机制类似,因此表现出Zn2＋共存对Cd2＋吸附影响较大的特点。     

生物质炭的加入对土壤吸附菲能力以及玉米幼苗对菲吸收量的影响

通过等温吸附试验以及玉米幼苗的盆栽试验,研究了加入生物质炭对土壤吸附菲的性能以及玉米幼苗对土壤中菲的吸收量的影响。结果表明,生物质炭的加入使土壤对菲的吸附能力显著增强：不加炭〈炭A〈炭B〈炭C,相应的分配系数Kd值分别为0.16、0.31、0.34 L.g-1和0.42 L.g-1;生物质炭的加入能有效地减少玉米幼苗对土壤中菲的吸收,通过玉米幼苗栽培试验可以看出,加入生物质炭A、炭B和炭C后,玉米幼苗对土壤中菲的吸收量都有明显的下降。     

陪伴离子对土壤胶体吸附Cu2+和Pb2+的影响

采用表面络合模式研究了不同陪伴离子对陕西 4种典型土壤胶体吸附Cu2 、Pb2 的影响。结果表明 :在各阴离子体系 ,同一土壤胶体对Cu2 、Pb2 吸附百分数达到 5 0 %时对应的pH(pH50 )值呈现 :Cl->SO2 - 4>草酸根 >柠檬酸根 >NO- 3的趋势 ,表面络合常数logKintM 的大小次序与此相反 ;专性吸附特征值 (n值 )反映了吸附过程专性吸附与电性吸附比例的大小 ,其值大小表现为 :NO- 3>Cl- >SO2 - 4>草酸根 >柠檬酸根的趋势     

黄棕壤中活性有机碳对Cu吸附的影响

通过盐酸酸化法来去除4种不同利用方式黄棕壤的活性有机碳（AOC）,得到相对稳定的有机碳土壤,用于研究去除活性有机碳前后对Cu2＋吸附行为的影响。结果表明,黄棕壤去除有机碳前后,对Cu2＋吸附量与平衡液浓度的关系符合Langmuir方程和Freundlich方程,其拟合都呈现极显著相关（P〈0.01）,去除AOC后,黄棕壤各层次对Cu2＋的最大吸附量明显降低,是原土Cu2＋最大吸附量的10%～30%。盐酸酸化法对4种不同利用方式的黄棕壤有机碳的去除率为30%～75%,对Cu2＋吸附的减少率为54%～86%。去除活性有机碳前后,有机碳含量与对Cu2＋的吸附量都呈显著线性相关。土壤有机碳的去除率与对Cu2＋吸附的减少率间相关性达到极显著水平。     

长链两性修饰土对Cd2＋的吸附动力学

以两性表面修饰剂十八烷基二甲基甜菜碱（BS-18）修饰的塿土土样为研究对象,在Cd2＋单一条件和与苯酚共存的复合条件下,通过不同的速度参数研究了修饰土样对Cd2＋的吸附动力学特征,并对吸附机制进行探讨。结果显示,在20℃和40℃温度下单一、复合两种处理的条件下,不同修饰比例BS-18修饰土样的各速度参数均大于未修饰土样,且总体上均随着修饰比例的增加而增大,表明修饰可以显著加快塿土土样对Cd2＋的吸附速度;吸附反应分为快速反应和慢速反应2个阶段,总反应平均速度Vt由快速吸附反应速度Vf和慢速吸附反应速度Vs共同决定;温度升高,单一处理Cd2＋的总反应平均速度基本不变,复合处理则下降;加入苯酚可以加快Cd2＋的总反应平均速度,40℃时则表现为抑制效应。Cd2＋吸附速度的描述以双常数方程动力学模型为最佳模型,模型参数A、B值可以用来描述吸附速度的大小。     

pH对砖红壤和黄棕壤Cu~(2+)吸附与解吸的影响

对砖红壤和黄棕壤在不同浓度、不同pH下吸附和解吸Cu2+进行了测定。结果表明, 2种土壤Cu2+吸附量均随平衡液中Cu2+浓度增加而增大,两者关系较好地符合Langmuir吸附方程。Cu2+吸附量随pH升高而增加,Cu2+分配系数的对数与pH呈极显著的线性正相关,吸附一个Cu2+所释放H+的平均数砖红壤(1. 19)大于黄棕壤(1. 01)。可解吸Cu2+的数量随pH升高和吸附Cu2+的数量增加而增加,在pH4~6下,黄棕壤吸附Cu2+及可解吸Cu2+的比例(平均为10. 5% )大于砖红壤(平均为3. 1% )。由此认为, 2种土壤吸附Cu2+虽以专性吸附为主,但砖红壤的表面吸附点位较少,专性吸附点位的比例较高,对Cu2+的亲和性或专性吸附性大于黄棕壤。     

不同pH值条件下重金属Pb~(2+)的吸附解吸研究

采用1次平衡法研究了不同pH值条件下重金属Pb2+的吸附解吸特性。研究结果表明,吸附量随平衡浓度的增加而增大,随pH值的升高而增大。初始浓度为100mgL-1和pH值为7分别为初始浓度和pH值的变化敏感阈值。解吸量随吸附量的增加而增大,解吸量随吸附量变化而变化的幅度随pH值的增大而减小。解吸量随pH值的增大而减小。解析率大小顺序为:pH=3>pH=5>pH=7>pH=9>pH=11。