改性纳米黑碳应用于钝化修复重金属污染土壤中的问题探讨

通过有关文献资料调研,综述纳米黑碳在钝化修复污染土壤中的应用,分析其应用于钝化修复重金属污染土壤时尚待弄清的几个问题。结果表明:(1)由于纳米黑碳是疏水的非极性吸附剂,选择纳米黑碳作为土壤重金属钝化修复剂时,需对其进行氧化改性,以进一步提高其钝化能力。目前常用的氧化剂为氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、双氧水、臭氧等,强烈的氧化过程,会破坏纳米黑碳微孔结构,一定程度上降低其吸附量。(2)为了明确其应用的可能性和适用范围,需揭示改性纳米黑碳对土壤中重金属的钝化机理及其影响因素。土壤CEC、pH、重金属离子的性质等可能是影响改性纳米黑碳对土壤中重金属吸附性能的主要因素。(3)充分利用改性纳米黑碳在土壤修复中的有益作用的同时,还需考虑其可能存在的生态环境负面效应,研究其在土壤中的径流迁移、渗漏等,明确其污染地表水和地下水的可能性,研究其生物效应和将吸附钝化后的纳米黑碳从土壤中移除的可能性,明确其潜在的生态环境风险。     

高铁酸钾/高锰酸钾改性生物炭对Cd2+的吸附研究

为增强生物炭对Cd的吸附性能,以600℃制备的酒糟生物炭(BC)为原料,采用K_2FeO_4和KMnO_4氧化活化的方式制备改性生物炭,分别标记为BCFE和BCMN,采用全自动比表面积和孔隙度分析仪(BET)、电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)对改性前后酒糟生物炭的性质进行分析,并探究改性生物炭对Cd~(2+)的吸附效果。结果表明,添加K_2FeO_4和KMnO_4可有效地将Fe和Mn负载到生物炭上,分别在生物炭表面生成铁氧化物与锰氧化物。BCFE的总官能团含量分别是BC和BCMN的1.8倍和1.5倍,BCFE的含氧官能团与芳香性结构更为丰富。K_2FeO_4和KMnO_4改性显著提高了生物炭的比表面积,3种材料比表面积表现为:BCFE(2 302.0m~2·g-1)BCMN(521.3 m2·g-1)BC(245.9 m2·g-1)(P0.05),BCFE的比表面积分别是BC和BCMN的9.4倍和4.4倍。吸附试验结果显示,当达到吸附平衡时,3种材料对Cd~(2+)的吸附量大小表现为BCFE(7.46 mg·g-1)BCMN(5.61 m2·g-1)BC(1.46 m2·g-1)(P0.05)。3种生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学模型均符合准二级动力学模型,吸附速率由快至慢排序为:BCFEBCMNBC;吸附等温模型均符合Langmuir模型,吸附过程为单分子层吸附,最大吸附量(Qm)表现为:BCFEBCMNBC。因此,K_2FeO_4和KMnO_4改性处理显著改善了生物炭的结构,提高了对Cd的吸附能力,且K_2FeO_4改性效果明显优于KMnO_4。可见,经K_2FeO_4改性的生物炭具有较好的吸附潜力,可作为Cd废水处理的有效材料。     

不同浓度浸种溶液对马槟榔种子萌发和幼苗生长的影响

为提高马槟榔种子萌发率,促进幼苗生长,以新鲜采集的马槟榔种子为材料,采用不同浓度的高锰酸钾(KMnO_4)、硝酸钾(KNO_3)和双氧水(H_2O_2)进行浸种处理,研究不同处理对马槟榔种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明:在试验浓度范围内,高浓度的KMnO_4、KNO_3和H_2O_2,显著提高马槟榔种子的发芽势和发芽率,其中20mg·L~(-1) KNO_3浸种处理,发芽率为97.34%,发芽势为73.52%;5mg·L~(-1) KMnO_4浸种处理发芽率为98.00%,发芽势为73.83%;3mg·L~(-1) H_2O_2浸种发芽率为98.67%,芽势为63.43%。其次,不同浸种处理对马槟榔幼苗株高的生长也存在显著影响,以浓度为15mg·L~(-1) KNO_3、2mg·L~(-1) KMnO_4、1mg·L~(-1) H_2O_2效果最好,株高分别达到17.80、14.40、19.20cm。不同处理对马槟榔幼苗根长的生长也有显著影响,效果最显著的处理浓度为15mg·L~(-1) KNO_3,4mg·L~(-1) KMnO_4,1mg·L~(-1) H_2O_2,根长分别为8.00、8.94、10.90cm。综上所述,3mg·L~(-1) H_2O_2浸种24h处理是促进马槟榔种子萌发和幼苗生长的最佳条件。     

纳米ZnO光催化剂处理养殖废水中盐酸土霉素污染的研究

为有效地去除养殖废水中的盐酸土霉素,成功制备纳米ZnO光催化剂,在运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术对纳米ZnO光催化剂进行表征后,光催化降解养殖废水中的盐酸土霉素,考察了在紫外光照射下纳米ZnO煅烧温度、煅烧时间、ZnO投加量、H_2O_2终浓度、反应时间和盐酸土霉素初始质量浓度等因素对光催化效果的影响,并用正交试验法优化了试验条件。结果表明:本研究中制备的纳米ZnO光催化剂处理养殖废水中的盐酸土霉素效果良好,紫外光照射下,纳米ZnO光催化剂处理养殖废水中盐酸土霉素污染的最优试验条件为盐酸土霉素初始质量浓度0.01 g/L、纳米ZnO煅烧温度450℃、煅烧时间1 h、ZnO投加量0.8 g/L、H_2O_2质量浓度0.2 g/L、反应时间3.5 h,在此优化条件下,养殖废水中盐酸土霉素的平均去除率可达75.45%。研究表明,用纳米ZnO去除养殖废水中的盐酸土霉素,去除效率高且无二次污染,可用于生产实践。     

磁性纳米Fe3O4对黄鲫蛋白抗菌肽的富集作用

[目的]以磁性Fe_3O_4粒子为基粒,采用溶胶-凝胶法在基粒表面键合二氧化硅,将基粒制成改性磁性纳米Fe_3O_4用于吸附黄鲫蛋白抗菌肽中的活性肽,从而达到对黄鲫蛋白肽中有效抗菌组分的快速分离富集。[方法]黄鲫蛋白肽经改性磁性纳米Fe_3O_4吸附后,测定抑菌率、肽含量、蛋白质含量和氨基酸含量指标,再结合透射电镜分析和高效液相分析结果,比较黄鲫蛋白肽在吸附前后的变化。[结果]透射电镜结果显示,改性磁性纳米Fe_3O_4吸附黄鲫蛋白抗菌肽,可在粒子表面形成"冕层"。经改性磁性纳米Fe_3O_4吸附后,黄鲫蛋白抗菌肽液对大肠杆菌的抑菌作用显著降低,其中黄鲫蛋白肽中的肽含量、蛋白质含量分别由吸附前的7.249 mg和416.221μg降低至6.297 mg和346.183μg,而吸附后肽液中氨基酸含量则略有提高。高效液相分析结果表明,黄鲫蛋白肽经改性磁性纳米Fe_3O_4吸附后主要分离峰的保留时间和峰面积均发生改变。[结论]改性磁性纳米Fe_3O_4能有效吸附黄鲫蛋白肽中的抗菌肽,实现对抗菌组分的分离富集作用。     

硅对不同pH水田土壤镉吸附热力学特征的影响

以硅酸钠为硅源,在中和其碱性和消除钠离子影响的基础上,进行不同温度条件下的吸附等温试验,探讨了加硅对土壤镉吸附热力学特征的影响。结果表明:不同硅水平下,Freundlich方程均可较好地描述三种温度下(25、35、45℃)两种土壤镉的吸附特征;在不同的温度下,加硅均降低了碱性土壤镉的吸附容量、增大了其吸附强度,增加了酸性土壤镉的吸附容量、降低了其吸附强度;两种土壤吸附镉的热力学参数均为ΔG0、ΔH0、ΔS0,说明土壤对镉的吸附均是吸热、熵增的自发过程;加硅后,碱性土壤对镉吸附过程的ΔG变大、ΔH变小、ΔS变小,酸性土壤对镉吸附过程的ΔG变小、ΔH变大、ΔS变大,说明与对照相比,加硅使碱性土壤吸附镉的自发性降低,使酸性土壤吸附镉的自发性提高。     

改性生物炭吸附废水中Sb(V)的特性

为了更好地处理废水中的Sb(Ⅴ),利用三价铝和高锰酸钾对生物炭进行改性,并使用比表面积(BET法)分析、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征改性前后的生物炭。通过对生物炭投加量、反应时间、Sb(Ⅴ)初始浓度、pH值进行研究,拟合分析试验数据,探究3种生物炭的吸附特性与吸附机理。结果表明,25℃下,固液比为1 g∶400 mL,反应时间为4 h,pH值为2时,原炭(BC)、Al~(3+)改性的生物炭(Al-BC)和高锰酸钾改性生物炭(KMnO_4-BC)对Sb(Ⅴ)的最大吸附量分别为4.41、10.48、30.06 mg/g,三者吸附量均整体随pH值的增大而逐渐减小。3种生物炭等温吸附曲线符合Langmuir等温模型,BC和KMnO_4-BC吸附动力学过程遵循拟二级动力学方程,Al-BC吸附符合拟一级动力学方程。生物炭吸附过程为以物理吸附行为主的物理-化学复合过程。BET比表面积分析结果表明,Al-BC比表面积及总孔体积最大,KMnO_4-BC粒径较小且其表面附着的晶体提高其吸附能力。FTIR结果表明,改性前后生物炭表面官能团差别不大。     

四环素类抗生素在黑土和白浆土中吸附规律研究

文章采用批量平衡方法研究四环素和土霉素在黑土和白浆土中吸附规律。结果表明,土壤对四环素类抗生素吸附平衡时间为24 h;对比Elovich方程、双常数方程和抛物线方程,一级动力学模型对两种抗生素在土壤中吸附动力学行为拟合效果最好。从吸附热力学结果上看,黑土和白浆土对四环素吸附能力均高于土霉素;Freundlich模型对吸附数据非线性拟合良好,平均拟合相关系数为0.988,四环素和土霉素在土壤中吸附强度(1/n)差异性显著,但均小于1,四环素和土霉素吸附等温线为"L型"。四环素和土霉素在黑土和白浆土中|ΔG|均小于40k J·mol~(-1),四环素和土霉素在黑土和白浆土中吸附过程主要是物理吸附为主自发反应,四环素和土霉素在黑土和白浆土中移动性极低,对环境造成污染。     

不同处理对柴胡种子萌发的影响

对柴胡种子进行自来水浸种、沙藏处理及6-BA、赤霉素、H_2O_2和KMnO_4药剂处理试验,以研究不同处理对柴胡种子发芽率的影响。结果表明,柴胡种子经自来水浸泡,随浸泡时间的延长,发芽率升高。H_2O_2、6-BA、沙藏对柴胡种子发芽有抑制作用,适宜浓度的KMnO_4和赤霉素对柴胡种子发芽有促进作用。加热100℃60mg/L赤霉素浸泡24 h的柴胡种子发芽率高于其他处理,发芽率达32.00%;用自来水浸泡48 h次之,发芽率为30.00%;用6-BA处理过的柴胡种子未见发芽。     

铁矿渣磁性纳米颗粒的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附潜力

【目的】制备铁矿渣磁性纳米颗粒,研究其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能,促进富含铁的工业固体废弃物的资源化利用。【方法】以铁矿尾矿渣为原料,通过化学方法制备改性磁铁纳米颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4,对其进行表征,以批处理法探讨了不同pH、Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)平衡质量浓度和吸附时间下3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对水体中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附潜力,并用X射线光电子能谱分析技术对吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)前后3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4的结构进行分析。【结果】成功制备出了化学稳定性良好、粒径为73~160nm的磁性颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4,磁化强度23.1emu/g,颗粒表面富含-NH_2官能团。随体系pH以及Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)平衡质量浓度的升高,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量总体呈先迅速增加之后趋于平衡。在0~60min时,随着吸附时间的延长,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附量迅速增加,120min后达到吸附平衡,准二级动力学模型能较好地拟合这一过程。Langmuir吸附等温模型能较好地拟合3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附过程,3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量分别为158.86和88.93 mg/g。3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附机制为不饱和配合吸附。【结论】以铁矿渣等含铁的工业固体废弃物为原料,成功制备出了对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)具有较好吸附能力的磁性纳米颗粒3NH_2-SiO_2@Fe_3O_4。