微量As(Ⅲ)在粘土矿物上的吸附模拟实验研究

在20℃充氮条件下,模拟无氧的中性水环境,研究了高岭石和蒙脱石两种粘土矿物对微量(≤200μg·L-1)三价砷的吸附动力学和等温吸附特征.结果表明,高岭石对As(Ⅲ)的吸附量大于蒙脱石,反应24 h后达到平衡,吸附动力学模型可用Freundlich方程描述,热力学行为遵循Langmuir和Freundlich吸附等温线,As(Ⅲ)在粘土矿物上的吸附机理可能是亚砷酸与粘土矿物的＞AIOH羟基位发生表面络合反应的化学专性吸附,高岭石的吸附速率、吸附能和最大吸附量均大于蒙脱石.     

不同亚铁矿物对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的表面吸附特征及机制比较研究

为探明稻田土壤还原条件下不同亚铁矿物对砷的修复潜力,本研究对比研究了磁铁矿、菱铁矿、黄铁矿三种亚铁矿物在不同 pH 条件下（pH 3.00、5.00、7.00）对 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附特征,并以电位滴定法探究了导致三种亚铁矿物吸持 As（Ⅲ）、As（Ⅴ）能力差异的表面电荷性质。等温吸附平衡实验结果表明,Langmuir模型能较好描述三种亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附过程。弱酸条件（pH=5.00）下,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量依次为：磁铁矿[As（Ⅲ）：23.38 mg·g^-1,As（Ⅴ）：71.33 mg·g^-1] >菱铁矿[As（Ⅲ）：11.63 mg·g^-1,As（Ⅴ）：21.69 mg·g^-1]>黄铁矿[As（Ⅲ）：10.72 mg·g^-1,As（Ⅴ）：7.75 mg·g^-1],在弱酸性（pH=5.00）条件下三种矿物中磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）吸附容量最高。在中性（pH=7.00）条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）吸附容量相对较高。供试pH条件下磁铁矿、菱铁矿对As（Ⅲ）的吸附强度较高,黄铁矿则对As（Ⅴ）的吸附强度较高。电位滴定实验测得亚铁矿物的电荷零点和总可变电荷量依次为：磁铁矿（pH 9.76;1.025 mol·g^-1）>菱铁矿（pH 7.52;0.240 mol·g^-1）>黄铁矿（pH 4.03;0.084 mol·g^-1）,表面活性位点密度依次为：黄铁矿（90.59 site·nm^-2）>菱铁矿（42.77 site·nm^-2）>磁铁矿（7.94 site·nm^-2）,亚铁矿物对As（Ⅲ）、As（Ⅴ）的吸附容量受溶液pH、总可变电荷量及其电荷零点影响。非专性吸附和专性吸附是磁铁矿和菱铁矿吸附As的主要方式,而黄铁矿则以专性吸附为主。研究表明,不同pH条件下不同亚铁矿物对稻田土壤砷的修复潜力不同,酸性条件下磁铁矿对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）有较好修复潜力,中性条件下黄铁矿对As（Ⅲ）、菱铁矿对As（Ⅴ）有较好修复潜力。     

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。     

三价砷氧化细菌Acidovorax sp.GW2中As(Ⅲ)氧化酶基因和调控序列的克隆鉴定

通过反向PCR和细菌Fosmid文库筛选,克隆得到1株二三价砷[As(Ⅲ)]氧化细菌Acidovorax sp.GW2的As(Ⅲ)氧化酶Aox基因簇,包括aoxRSXABCD 7个基因,分别预测编码双组分信号传导系统转录调控子AoxR(同源性68%),周质感应组氨酸激酶AoxS(同源性55%),周质结合蛋白AoxX(同源性55%),砷氧化酶AoxAB(同源性分别为74%和71%),硝基还原酶AoxC(同源性46%),细胞色素C AoxD(同源性63%).反转录PCR结果显示,编码双组分系统的aoxRS基因共转录,而与之转录方向相反的结构基因aoxABCD处于同一操纵子中,aoxX基因和aoxRS基因不在同一操纵子中.通过对aoxS、aoxX、aoxD的基因敲除功能研究发现aoxS和aoxX基因为GW2三价砷氧化的必需基因,aoxD的功能丧失减慢了三价砷的氧化速率,但非关键基因.     

多种藻类对As(Ⅲ)的耐受性及吸附研究

[目的]筛选到在自然条件下能有效去除水体中砷污染的微藻。[方法]以4种微型绿藻(小球藻Chlorella sp.(zfsaia)、Chlorellaminata、Chlorella vulgaris和羊角月牙藻Selenastrum capricormulum)为材料,选取6个不同浓度的As(III)(0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0mg/L)进行培养处理,以生物量、叶绿素a含量等生理指标研究这4种藻类对砷的耐受性及其吸附情况。[结果]小球藻Chlorella sp.(zf-saia)对砷的毒害有敏感性,当砷浓度超过10 mg/L时,其生长受到抑制,EC50值为17.32 mg/L;当砷浓度在0～20 mg/L范围内,羊角月牙藻Selenastrum capricormulum、小球藻Chlorella minata和Chlorella vulgaris生长不受影响,对砷具有较高的耐受性,24 h后,它们对砷的去除率分别达77.02%、72.18%和81.36%。[结论]该研究表明藻类在治理含砷废水和作为砷污染废水的指示性植物等方面具有良好的应用前景。     

多种藻类对As(Ⅲ)的耐受性及吸附研究(英文)

[目的]筛选到在自然条件下能有效去除水体中砷污染的微藻。[方法]以4种微型绿藻 (小球藻Chlorella sp.(zfsaia)、Chlorella minata、Chlorella vulgaris和羊角月牙藻Selenastrum capricormulum)为材料,选取6个不同浓度的As(III)(0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg/L)进行培养处理,以生物量、叶绿素a含量等生理指标研究这4种藻类对砷的耐受性及其吸附情况。[结果]小球藻Chlorella sp. zfsaia对砷的毒害有敏感性,当砷浓度超过10mg/L时,其生长受到抑制,EC50值分别为17.32 mg/L;当砷浓度在0～20 mg/L范围内,羊角月牙藻Selenastrum capricormulum、小球藻Chlorella minata和Chlorella vulgaris生长不受影响,对砷具有较高的耐受性,24 h后,它们对砷的去除率分别达77.02%、72.18%和81.36%。[结论]该研究表明藻类在治理含砷废水和作为砷污染废水的指示性植物等方面具有良好的应用前景。     

三价砷氧化细菌Acidovorax sp.GW2中As(Ⅲ)氧化酶基因和调控序列的克隆鉴定

通过反向PCR和细菌Fosmid文库筛选,克隆得到1株二三价砷[As(Ⅲ)]氧化细菌Acidovorax sp.GW2的As(Ⅲ)氧化酶Aox基因簇,包括aoxRSXABCD 7个基因,分别预测编码双组分信号传导系统转录调控子AoxR(同源性68%),周质感应组氨酸激酶AoxS(同源性55%),周质结合蛋白AoxX(同...     

有机酸对针铁矿和三羟铝石吸附镉离子的影响

应用平衡吸附法研究了不同浓度的草酸、柠檬酸对针铁矿、三羟铝石竞争吸附与次级吸附Cd^2 的影响。结果表明：草酸、柠檬酸对供试矿物Cd^2 竞争吸附量的影响均表现为峰形曲线，草酸、柠檬酸浓度分别低于1mmol/L和0.1-0.4mmol/L峰值浓度时对Cd^2 的吸附有促进作用，高于其峰值浓度时对Cd^2 的吸附有抑制作用，这种现象的产生与有机酸在固、两相间的分配有关。草酸、柠檬酸对针铁矿、三羟铝石次级吸附Cd^2 的影响效果与竞争吸附明显不一样；低于峰值浓度（0.3-1mmol/L）的有机酸能显著提高Cd^2 的次级吸附量，有机酸浓度大于峰值浓度时，Cd^2 次级吸附量则趋于恒定或略有降低，这主要与矿物吸附有机酸后，其表面净吸附点位的数量有关。     

黑土对邻苯二甲酸二丁酯吸附特性研究

邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是一种重要邻苯二甲酸酯(PAEs)类化合物,具有"三致"危害,因此被多个国家列为优先控制环境污染物。通过研究DBP在黑土中吸附动力学和吸附热力学特性,发现黑土对于DBP吸附量较大,符合准二级动力学,吸附为化学吸附,分子内扩散为吸附过程重要控制步骤。其吸附平衡时间为24 h,分析温度、pH、离子强度影响等条件发现,降低温度促进DBP吸附,pH为7时吸附量最大,离子强度上升增加DBP吸附量,达到一定程度后对DBP吸附产生抑制。     

生物炭-锰氧化物复合材料吸附砷(Ⅲ)的性能研究

以生物炭为对照,采用吸附试验,考察了炭-锰复合材料和生物炭对砷(Ⅲ)的吸附性能,应用Langmuir、Freundlich方程和吸附动力学方程分析了其对砷(Ⅲ)的吸附特征,并结合不同时间、吸附剂加入量及p H条件下对砷的吸附效果来探讨其吸附性能。结果表明,生物炭与炭-锰复合材料对砷(Ⅲ)的吸附均较迅速,在30 min内对砷(Ⅲ)的吸附即可达到最大,且吸附过程较符合准二级动力学方程(R2>0.99)。利用粒子分散模型进行拟合,发现炭-锰复合材料和生物炭吸附过程符合多过程吸附模型,炭-锰复合材料对砷的吸附能力明显提高,最大吸附容量从11.41 mg·g-1(生物炭)增加到20.08 mg·g-1(炭-锰复合材料),其吸附机制可能是炭-锰复合材料中的锰氧化物增加了复合材料表面的吸附位点;p H在3~7的范围内对复合材料吸附砷的影响作用不大。实验结果表明,炭-锰复合材料是一种很有发展前景的功能吸附材料。     

锰氧化物对As(Ⅲ)的吸附和氧化研究

以土壤中常见的锰氧化物(水钠锰矿,δ-MnO2)为材料,通过批试验研究了其对溶液中As(Ⅲ)的吸附和氧化机制。研究结果表明:大部分加入的As(Ⅲ)(1.0mg/L)在反应的数分钟内就可被锰氧化物氧化,氧化产物As(Ⅴ)的释放速度相当快,但还原产物Mn(Ⅱ)的释放速度则相对较慢;在反应的90min内,当初始质量浓度为0.5、1.0、5.0、10.0和15.0mg/L时,As(Ⅲ)去除率可分别达到93.59%、92.56%、92.31%、89.15%和87.17%。pH对锰氧化物氧化As(Ⅲ)的影响较为显著,升高pH有利于锰氧化物对还原产物Mn(Ⅱ)的吸附,但不利于As(Ⅲ)的氧化和对氧化产物As(Ⅴ)的吸附。     

水稻幼苗对As(Ⅲ)胁迫差异响应的离子组学研究

重金属胁迫影响植物体内离子平衡,探究植物体离子网络应对胁迫环境的响应有助于挖掘有毒元素吸收和代谢的潜在机制。本研究以湖南省临武县9种主栽水稻品种为研究对象进行As(Ⅲ)胁迫处理,采用ICP-MS分析技术研究水稻幼苗茎叶和根部组织中离子组(P、K、Mg、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cr、Co、Cd、Ba、Pb和Sr)响应不同As(Ⅲ)浓度胁迫的变化特征,进一步借助多元统计分析探明各组织离子组变化与As积累之间的关联。结果表明:水稻根部和茎叶组织As含量均随处理浓度增加而增加,且根部相比茎叶更容易积累As;Fe、Ba、Pb和Sr同样表现出根部含量高于茎叶的规律,营养元素(P、K、Mg、Ca和Mn)分布则呈现茎叶组织高于根部的特征,胁迫环境对水稻幼苗两个组织部位各元素分布的影响不同,说明As胁迫干扰水稻组织中离子的分配。聚类热图和主成分分析表明离子组在茎叶和根部出现分离,Mg、K、P、Mn、Ca、Cr、Co、Zn元素倾向于在茎叶富集,而Fe、Sr、Pb、Ba、Cu、As和Cd元素则倾向于在根系中富集。As胁迫处理后,水稻同一组织的元素之间存在多组显著相关性,As与Fe、Cu、Cd、B...     

草酸与pH对矿物吸附Cd(Ⅱ)的影响及机制

用吸附平衡法研究草酸、pH对针铁矿、三羟铝石、三水铝石、高岭石吸附Cd2+的影响及机制。结果表明,供试矿物对Cd2+的吸附量为:针铁矿>高岭石≥三羟铝石>三水铝石。草酸对Cd2+吸附的影响呈峰形曲线变化,低浓度的草酸(小于1或1.25mmol·L-1)促进矿物对Cd2+的吸附;高浓度的草酸(大于1或1.25mmol·L-1)抑制Cd2+的吸附。不同pH下,草酸浓度对Cd2+吸附率的影响明显不一样,体系pH(pH<6)低时,草酸可促进Cd2+吸附,这种促进作用随pH升高而减弱,当pH>7时,草酸则抑制Cd2+的吸附。这主要与吸附体系中矿物表面性质的改变、Cd2+的存在形态、草酸在固液相间的分配有关。     

Fe(Ⅲ)负载改性核桃壳对Cu2+吸附研究

该研究采用农林废弃物核桃壳以及Fe(Ⅲ)改性的核桃壳作为吸附剂,对模拟废水中的Cu~(2+)进行吸附去除,并且考察了水样初始p H、吸附剂投加量、Cu~(2+)初始浓度、吸附时间等因素对Cu~(2+)吸附效果的影响,确定最佳吸附参数,并进行了吸附动力学和吸附等温线的分析。结果表明:当水样初始p H 5.0、吸附剂投加量0.05g,Cu~(2+)初始质量浓度200mg/L,吸附时间120min,在此条件下50m L水样在180r/min、25℃条件下核桃壳和改性核桃壳对Cu~(2+)的去除率分别达57.6%和93.2%以上,吸附量分别约为120mg/g和195mg/g;采用伪二级动力学方程的拟合结果更为理想,R2均在0.99以上;Langmuir方程可以较好地描述核桃壳和Fe(Ⅲ)改性核桃壳吸附剂对Cu~(2+)的吸附过程,此吸附过程是单分子层的吸附;核桃壳及改性核桃壳对Cu~(2+)的吸附是放热反应。     

不同尺寸纳米针铁矿表面性质及其对Cr(Ⅵ)吸附量的比较

为增进对纳米矿物在控制污染物环境行为方面的认识,通过控制Fe(Ⅲ)/OH-摩尔浓度比、老化温度,合成了尺寸大小依次为10.1、24.5、36.4 nm的针铁矿,利用XRD、HRTEM、ζ-电位和ATR-FTIR等表面分析技术研究了它们晶体结构和表面性质的差异,并比较了它们对Cr(Ⅵ)吸附量的大小.XRD分析发现10.1 nm针铁矿结晶度较低,某些晶面发育不完整.在结晶过程中,所有样品均出现某些相互平行晶面彼此粘连的晶筹现象.针铁矿体相羟基(υ_OH)伸缩振动、(001)晶面上羟基(δ_OH)面内和面外弯曲、Fe-O对称伸缩振动频率分别在3140、892、795、630 cm^-1左右.10.1 nm样品表面ζ-电位和等电点(PZC)均比其他2个样品的高,说明其表面正电荷数量最多,并表现为对Cr(Ⅵ)吸附量最大.针铁矿吸附Cr(Ⅵ)后,表面ζ-电位显著降低.同时,表面吸附态Cr(Ⅵ)红外振动频率与溶液离子态有明显不同,反映针铁矿对Cr(Ⅵ)吸附方式以专性吸附为主.     

磷酸盐吸附对针铁矿表面电化学性质及锌次级吸附的影响

对合成针铁矿吸附磷酸根后表达电化学性质的变化及其对锌次级吸附的研究结果表明,针铁矿吸附磷后,其电荷零点（ＰＺＣ）和表面电位（Ψ０）下降。下降幅度随吸附磷量的提高而加大;ｐＨ５．５０条件下,吸附磷量大于１１０ｍｍｏｌ．ｋｇ＾－１时,表面电位符号发生逆转,由正变负,随着针铁矿吸附磷量的提高,针铁矿对锌的吸附容量和吸附能力相应增大;“Ｓ”型Ｚｎ－ｐＨ等温线明显地向低ｐＨ段漂移;针铁矿吸附同量锌时所需体系     

钠基膨润土的制备及对Cu(Ⅱ)的吸附特性研究

【目的】制备钠基膨润土并探讨其对Cu(Ⅱ)的吸附特性和规律.【方法】以氯化钠作钠化剂,采用悬浮液法工艺对钙基膨润土进行钠化改型制得钠基膨润土,然后用钠基膨润土对Cu(Ⅱ)进行吸附研究,通过吸附等温线的拟合探讨其吸附特性以及酸度、温度对吸附的影响.【结果和结论】改型膨润土对Cu(Ⅱ)的吸附符合Freundlich吸附模型,是一种单分子层的表面吸附,90 min可达到吸附平衡,酸度越低吸附量越大,但pH大于5以后,吸附量就趋于稳定;而温度越高吸附量越小,当温度高于35℃后,吸附量就基本不变.在25℃和pH5时,向50 mL 10.0mg·L-1的铜离子溶液中加入0.200 g改型膨润土,去除率达到97.85%,表明该改型膨润土可在铜离子的去除方面发挥重要作用.     

水铁矿对土壤溶解性有机质的吸附固持作用

基于水解法将氯化铁和氢氧化钠合成了一种水铁矿,通过不同浓度水铁矿与土壤溶解性有机质（DOM）的混合避光培养实验,研究了水铁矿对土壤DOM的吸附固持作用。结果表明：在水铁矿浓度为10~30 g·L^-1范围内,水铁矿对土壤DOM的吸附能力与其浓度呈正相关。随着培养时间的延长,DOM的光谱斜率（S_275-295）显著降低,表明水铁矿优先吸附土壤DOM中的大分子芳香族化合物。三维荧光光谱耦合平行因子模型（EEM-PARAFAC）分析表明,土壤DOM包含类腐殖质组分（C1）（Ex/Em=240/410）、类色氨酸组分（C2）[Ex/Em=290（240）/350]及类酪氨酸组分（C3）（Ex/Em=270/300）3种荧光组分。3种组分荧光强度均随着培养时间延长呈现明显降低趋势,且类腐殖质组分的下降最为明显。被水铁矿吸附后,土壤DOM的腐殖化指数（HIX）显著降低且生物源指数（BIX）明显升高,表明随着吸附作用的进行,土壤DOM的腐殖质组分相对占比下降,而自生源组分相对占比上升。研究表明,水铁矿对土壤DOM有显著的吸附固持作用,且对大分子腐殖质物质吸附作用强于对小分子类蛋白组分,水铁矿对土壤DOM分子的固持作用能够提高土壤有机质的生物可利用度,改善土壤环境。     

硼吸附对针铁矿表面性质的影响

分析了针铁矿吸附硼酸根离子后表面电化学性质的变化及其对体系pH值的影响,并测定了比表面积,讨论了硼吸附后增加针铁矿对H+吸附的可能机制.结果表明,针铁矿吸附硼后,其电荷零点(PZC)下降,且下降幅度随吸附硼量的提高而加大.随着针铁矿吸附硼量的提高,针铁矿的比表面积也明显增大,对H+的次级吸附容量和吸附能力相应增大.     

载镧生物质炭吸附水体中As(Ⅴ)的过程与机制

将镧氧化物的纳米颗粒通过浸渍、负载、炭化等流程负载到以玉米秸秆为原材料制备的生物质炭(Biochar)表面,得到了对水体中As(Ⅴ)具有高效吸附性能的载镧生物炭(La-biochar).采用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线电子能谱(XPS)对制备所得La-biochar进行了表征,研究了吸附剂用量、接触时间、初始pH值和初始As(Ⅴ)浓度等因素对吸附过程的影响,同时探讨了吸附机制.结果表明:La-biochar对As(Ⅴ)的去除效率随着吸附剂量的增加而增加,最优吸附剂投加量为2.0 g·L^-1;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附动力学过程数据遵循准二级吸附动力学方程,Langmuir吸附等温模型更适合描述La-biochar对As(Ⅴ)的吸附,并且吸附能力随着初始溶液pH值的增大而减小;La-biochar对As(Ⅴ)的吸附主要归结为复杂的离子交换过程.研究表明,La-biochar是一种高效的除砷吸附剂,具有一定的应用潜力.