长期紫云英配施减量化肥对土壤铵态氮吸附解吸特征的影响

为明确长期紫云英配施减量化肥对土壤铵态氮吸附解吸特征的影响,以13年长期定位试验为平台,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、22500 kg/hm^(2)紫云英+80%化肥(G+0.8CF)、22500 kg/hm^(2)紫云英+60%化肥(G+0.6CF)、22500 kg/hm^(2)紫云英+40%化肥(G+0.4CF)共5个处理,研究了不同施肥处理对土壤铵态氮吸附解吸特征的影响,并分析了土壤吸附解吸特征参数与土壤理化性质的关系。结果显示,Langmuir等温吸附方程能较好地拟合土壤铵态氮的吸附特征(R^(2)为0.9969~0.9979,P<0.01)。与CK相比,紫云英配施减量化肥处理土壤铵态氮的最大吸附量、最大缓冲容量分别降低了4.85%~13.46%、4.55%~7.36%;土壤铵态氮的平均解吸量和解吸率为G+0.8CF>G+0.6CF>G+0.4CF>CF>CK。与CK相比,紫云英配施减量化肥处理土壤全氮和速效氮含量分别增加了19.42%~46.60%、15.24%~25.88%。相关性分析结果显示,解吸率与土壤全氮、土壤速效氮呈显著正相关,与土壤pH呈显著负相关;冗余分析结果显示,pH和速效氮是造成土壤铵态氮吸附解吸特征参数差异的主要因素,分别解释了全部变异的56.7%和39.1%(P<0.05)。综上所述,长期紫云英配施减量化肥降低土壤对铵态氮的吸附,增加土壤对铵态氮的解吸,减少了土壤对氮的固持,提高氮的有效性。综合考虑土壤铵态氮的吸附解吸特性及土壤养分含量,以减量20%~40%化肥配施22500kg/hm^(2)紫云英处理效果较好。

基于低场核磁共振原位监测的煤岩甲烷吸附解吸动力学研究

吸附态甲烷在深部煤岩储层微纳米孔隙中占主导地位,研究其在吸附解吸中的扩散特征对于煤层气开发的预测与现场实施具有重要指导意义。基于自主研发搭建的体积法吸附原位低场核磁试验系统,研究了沁水盆地无烟煤样品的吸附解吸动力学特性,实现了吸附态甲烷在扩散过程中的原位动态监测。结果表明:核磁法所测吸附态有效扩散系数与体积法所测微孔扩散系数呈现相同演化规律:即在吸附过程中,吸附态甲烷的扩散系数随压力的增加呈现先增加后减小的规律;在解吸过程中,其随压力的减小而单调递减。该演化规律表明微孔填充过程中气体扩散分为两个阶段:气体压力小于6 MPa时,分子扩散及努森扩散占主导地位;当气体压力超过6 MPa时,吸附相表面扩散占主导地位。该实验设计为煤层气高效开发提供了重要的实验方法及数据,对实验室核磁共振分析设备的教学以及针对特定科学问题进行的设备升级改造具有重要指导意义。

不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的影响

为明确不同年限紫云英配施减量化肥对土壤磷吸附解吸特征的动态影响。本研究依托于河南省信阳市长期定位试验,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、22500 kg·hm^(-2)紫云英+80%化肥(G+80%CF)、22500 kg·hm^(-2)紫云英+60%化肥(G+60%CF)、22500 kg·hm^(-2)紫云英+40%化肥(G+40%CF)共5个处理,分析2011、2016、2020年土壤磷吸附解吸特征变化趋势及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明:Langmuir等温吸附方程能较好地拟合土壤磷的吸附特征(R2为0.9804~0.9949,P<0.01)。随种植年限的增加,不同处理各参数变化并不相同。G+80%CF、G+60%CF、G+40%CF处理土壤磷最大吸附量(Q_(max))随种植年限的增加呈降低趋势,磷吸附常数(K)和磷最大缓冲容量(MBC)随种植年限的增加呈增加趋势,其中2020年较2011年,Q_(max)分别降低了11.30%、12.95%、15.47%,K分别增加了20.73%、22.50%、27.27%,MBC分别增加了8.63%、6.43%、6.28%;CF处理与之相反,土壤磷的Q_(max)随年限的增加呈增加趋势,K和MBC随年限的增加呈降低趋势,与2011年相比,2020年土壤磷的Q_(max)增加了8.80%,K降低了12.20%,MBC降低了2.97%;各处理土壤磷吸附饱和度(DPS)随种植年限的增加无规律性变化。CK和CF处理土壤磷的平均解吸率随年限的增加呈降低趋势,G+80%CF和G+40%CF呈先降低后增加趋势,G+60%CF处理呈降低趋势。相同年份,紫云英配施减量化肥较CK降低了土壤磷的Q_(max)、增加了土壤磷的K、MBC、DPS及平均解吸率。相关性分析表明,Q_(max)与土壤阳离子交换量(CEC)呈极显著正相关,MBC与CEC呈极显著负相关,DPS与碱解氮(AN)、有效磷(AP)呈极显著正相关,解吸率(DR)与速效钾(AK)呈极显著负相关,与p H呈显著负相关。冗余分析结果表明,CEC、AP、AK是影响土壤磷吸附解吸特征的主要因素,贡献率分别为26.7%、18.5%、16.2%(P<0.05)。综上,土壤对磷的吸附解吸主要受土壤阳离子交换量、有效磷、速效钾的影响。长期紫云英配施减量化肥可降低土壤对磷的吸附,增加土壤对磷的解吸,长期单施化肥效果则相反。综合考虑土壤磷吸附解吸特性及土壤理化性质,以减量20%~40%化肥配施22500 kg·hm^(-2)紫云英效果较好。本研究为豫南稻区合理施肥提供了理论依据。

环丙沙星在地下水灌区土壤的吸附解吸特征

为了更全面认识环丙沙星(CIP)在不同背景土壤中的迁移特性,在华北平原地下水灌溉农田区选择有机质组成特征和理化性质显著的两处土壤样品,从动力学和热力学两方面研究CIP在土壤中的吸附-解吸机制。结果显示,动力学实验数据更符合准二级动力学方程,等温模式呈非线性特征、Langmuir模型拟合效果最优。吸附动力学常数(K_(2),8 772.64 vs 2 846.37 g/(mg·h))、吸附平衡速率常数(Kl,0.113 vs 0.094 L/mol)及最大吸附量(Q_(m),5 033 vs 3 167 mg/kg)参数均呈现出献县样品大于正定样品,指示献县土壤更快的吸附速率和更大的吸附容量。相应地,解吸实验得到的解吸率(5.98%vs 8.07%)、最大解吸量(6 592 vs 7 564 mg/kg)及由热力学计算所得吸附自由能ΔG(-25.08 vs-23.00 kJ/mol)大小均一致反映出献县土壤相较正定土壤对CIP的吸附性能更强。综合实验研究结果和光谱特征、理化参数特征分析得出,献县土壤的高分子、高芳香性和多官能团的腐殖质成分以及更高黏粒含量是其吸附性能整体表现更强的重要因素,腐殖质分子的疏水作用和静电作用等物理吸附机制可能对献县土壤吸附CIP起到更加积极的作用。

温度冲击作用参数对泥岩甲烷吸附解吸特性的影响正交试验研究

为研究温度冲击作用参数对泥岩甲烷吸附解吸特性的影响,采用正交试验的方法,对寺河煤矿15号煤层15303工作面上顶板粉砂质泥岩进行温度冲击改性试验;正交试验中的3因素4水平分别为热冲击温度50、100、150、200℃,冷冲击温度-10、-30、-50、-70℃,冲击循环次数1、3、5、7次;采用容量法测定泥岩的吸附解吸特征参数,并从孔隙结构、表面性质等方面去探究其影响机理。研究结果表明:在不同作用参数改性后泥岩甲烷吸附与解吸能力提高,对泥岩饱和吸附量、Langmuir压力、比表面积与最可几孔径影响效果顺序为热冲击温度>循环次数>冷冲击温度;对解吸率、扩散系数与孔容的影响效果顺序为:循环次数>冷冲击温度>热冲击温度;饱和吸附量分别在热冲击温度200℃、冷冲击温度-50℃、冲击循环次数3次时提高最多,分别为23.29%,15.60%、19.15%;最终解吸率分别在热冲击温度150℃、冷冲击温度-70℃、冲击循环次数5次时提高最多,分别为7.15%、11.54%、11.14%;在孔隙结构方面,泥岩的饱和吸附量与比表面积、最可几孔径有较好的线性关系,解吸率与孔容有较好的线性关系,而改性后泥岩的比表面积与孔容提高、最可几孔径降低导致泥岩的甲烷吸附与解吸能力提高;在表面性质方面,改性后泥岩的表面粗糙度降低,泥岩-水接触角增大,表面能减小。

聚/表型复合压裂液性能及其对煤样甲烷吸附解吸特性影响实验研究

为弥补常规压裂液破胶困难、残留多或黏度低、用量大等缺点,将疏水改性羟丙基瓜尔胶与双子表面活性剂进行交联复配,制得1种疏水聚合物/表面活性剂复合压裂液,从黏度、破胶性能以及对煤样甲烷吸附解吸能力影响等方面与常规压裂液进行对比分析。研究结果表明:在同等表面活性剂质量分数下,加入疏水改性羟丙基瓜尔胶的复合压裂液黏度是单组份表面活性剂压裂液的3倍,其破胶时间与表面活性剂压裂液几乎无差别,且仅为HPG压裂液的1/2;复合压裂液对煤样甲烷吸附解吸能力影响明显低于HPG压裂液,其吸附损伤因子虽高于表面活性剂压裂液,但比HPG压裂液低24%。研究结果可为矿用复合压裂液研制提供参考。

不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物质炭,通过批量吸附试验研究了生物质炭种类和生物质炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明:水稻秸秆生物质炭在添加量为4 g/kg时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物质炭和玉米秸秆生物质炭则显著降低棕壤对磷的吸附量;吸附等温线表明,不同生物质炭均未改变吸附等温线的变化趋势,均可用Langmuir方程和Freundlich方程进行描述(R^(2)>0.93),其中Langmuir方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为:水稻秸秆生物质炭+棕壤>棕壤>花生壳生物质炭+棕壤>玉米秸秆生物质炭+棕壤;吸附动力学试验表明,不同生物质炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R^(2)>0.99),其次为准一级动力模型(R^(2)>0.99)和Elovich动力学模型(R^(2)>0.88);3种生物质炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物质炭添加量为≥2g/kg时,水稻秸秆生物质炭、玉米秸秆生物质炭和花生壳生物质炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物质炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物质炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。

污染河道沉积物对氮磷的吸附解吸热力学特征

研究河道污染沉积物对氮磷营养盐的吸附解吸特征以及沉积物-水界面氮磷迁移转化机制,有助于进行城市黑臭河道等富营养化水体的污染控制与生态修复。以蒲江县占河河道沉积物为研究对象,基于沉积物的氮磷吸附解吸热力学实验结果,通过实验数据线性回归计算得到氮磷吸附等温曲线,结合该曲线及Langmuir等温模型、Freundlich等温模型拟合出了各项参数,揭示了沉积物氮磷吸附解吸的“汇“”源”特征以及氮磷吸附强度的空间特征。

煤吸附解吸CO_2变形特征的试验研究

无商业开采价值的煤层被认为是理想的CO2储存场所,煤吸附解吸CO2的变形特征是煤中CO2封存的重要问题。利用煤体吸附-解吸变形试验系统,在预定压力的CO2气体环境下,对取自赵各庄煤矿9号煤层煤样的轴向应变和径向应变进行了近600 h的观测,研究煤样在不同气体压力下吸附、解吸CO2的变形特征。实验结果显示:煤样吸附/解吸CO2产生的膨胀/收缩变形,煤样吸附变形需要12 h甚至更长时间才能趋于稳定,原煤样品的吸附解吸变形呈各向异性;经历了吸附和解吸CO2的煤样均有不同程度的残余变形,气体压力低于1.5 MPa时残余体积应变低于0.6×10-3,可近似认为煤样吸附解吸变形过程可逆。通过煤样吸附解吸变形实验数据的拟合发现,Langmuir方程可反映煤样吸附解吸CO2变形随气体压力的变化规律。

煤岩三轴蠕变-渗流-吸附解吸实验装置的研制及应用

为研究受载含瓦斯煤岩流变过程中的渗流规律和煤体瓦斯吸附解吸特性,自主研制了煤岩三轴蠕变-渗流-吸附解吸实验装置,该装置主要由主机、伺服加载系统、三轴压力室、孔压控制系统、吸附解吸系统、温度控制系统、变形测量系统以及安全防护系统等8个部分组成,其最大轴压为500 k N、最大围压为50 MPa、最高加热稳定温度为90℃,试件尺寸为?50 mm×100 mm。该装置具有以下主要优势:能实现煤岩孔隙率的测试、煤岩力学参数测试、煤岩瓦斯吸附解吸实验和受载含瓦斯煤的蠕变-渗流等多种实验,功能强大、性能稳定、测试准确;采用了滚珠丝杠加载方式,满足了蠕变-渗流等实验的长期加载需求,最长加载时间能达2个月以上;配备了高低温控制系统,能实现煤岩试样进气端、出气端和三轴压力室3处的气体温度保持一致,有效避免了温度变化所导致的气体流量上的测量误差。同时利用该装置分别开展了煤样孔隙率测试、受载含瓦斯煤样解吸特性和含瓦斯煤样的蠕变-渗流实验研究,实验验证了该装置在功能上的多样性和在测试上的准确性和可靠性。

干旱区绿洲灌漠土对铜的吸附解吸特性研究

土壤对重金属的吸附解吸是影响土壤系统中重金属的移动性和归宿的主要过程。本文使用序批实验方法、单步提取方法、连续提取方法等研究了干旱区绿洲灌漠土Cu的吸附解吸特性。结果表明,灌漠土对Cu的吸附等温线可很好地用Freundlich等温方程拟合,灌漠土的Cu吸附可能受土壤理化综合因素影响,而不仅是某个土壤理化指标所控制;二次幂函数可用于模拟灌漠土剖面不同层次土壤Cu解吸量与解吸前吸附量的关系;土壤对Cu的吸附几乎是不可逆的,阳离子交换机制不是灌漠土吸附Cu的主要机制,灌漠土吸附的Cu主要以无机态和有机态的形式存在,且无机态Cu所占百分比高于有机态。

氧化还原条件下有机物料对酸性土壤pH、铁形态和铜吸附解吸的影响

研究了添加有机物料对水稻土、红壤和砖红壤在干湿交替一次以后土壤pH、铁的形态和对铜吸附解吸行为的影响。结果表明,添加有机物料使得土壤pH升高,且随着有机物料加入量的增加而升高。与对照相比,添加有机物料可使水稻土、红壤和砖红壤的pH分别上升1.55、0.8和1.33个pH单位。红壤和砖红壤中无定形氧化铁含量增加,而水稻土中变化不大。在铜的平衡浓度为0.2 mmol/L时,添加有机物料培养可使水稻土、红壤和砖红壤铜的吸附量分别增加6.7、10.3和3.6 mmol/kg。

高岭土/胡敏酸复合体对重金属离子吸附解吸实验研究

本文利用高岭土对胡敏酸吸附形成稳定的有机-无机络合物,研究了高岭土/胡敏酸复合体对Cu2+、Cd2+和Cr3+的吸附。结果表明,胡敏酸对高岭土改性后能提高上述三种重金属离子的吸附性能,高岭土/胡敏酸复合体对三种重金属离子的吸附量都随pH值的升高而增加,随离子强度的增加而减小。本文还研究了高岭土/胡敏酸复合体对上述三种重金属离子的吸附动力学,发现吸附过程可用Elovich方程和一级动力学方程进行较好的拟合。

库区消落区紫色土与水稻土磷吸附解吸特征

淹水和干湿交替条件下,土壤磷水土界面的迁移能力有较大的差别,模拟研究结果表明:淹水和干湿交替能促进紫色土和水稻土对磷的吸附,减小磷的解吸率,降低磷水土界面的迁移能力,其向环境中的释磷风险为未淹水土壤>干湿交替土壤>淹水土壤,紫色土>水稻土。

不同含水及负压条件下煤层气等温吸附解吸规律

为了探究水分含量和负压对煤层气等温吸附、解吸特征的影响,采用大样量煤层气吸附/解吸仿真试验设备对鄂尔多斯盆地东缘北部煤矿煤样进行煤层气常规等温吸附解吸过程和负压解吸过程的实验室模拟,通过将煤样进行处理得到干燥煤样、平衡水煤样、饱和水煤样3种不同含水饱和度煤样,分别对其进行等温吸附测试、常规等温解吸测试和负压解吸测试,得到了煤样在不同含水饱和度、不同负压条件下的压力与吸附量实测数据,并采用不同的吸附/解吸方程式进行拟合。通过对比分析,研究了水分对等温吸附过程、解吸过程以及负压对解吸过程的影响,并从分子间作用力的角度解释了水分对等温吸附解吸过程的影响。结果表明:煤样解吸过程与吸附过程不可逆,存在解吸滞后;由于水分子与煤分子间的作用力大于甲烷分子与煤分子间的作用力,水分在与甲烷的竞争吸附中具有优势,煤样含水率越高,其吸附甲烷的能力越低;煤样含水率较低时,含水对煤岩降压解吸影响不明显;当煤样含水率高于某一值时,外来水分抑制煤层气降压解吸,分析认为这可能与煤样的物质组成和煤分子结构有关;由于水分对甲烷的置换解吸作用,若水力压裂过程中压裂液滤失严重,将降低煤层吸附气量,延长排水降压阶段,减少累计产气量,因此应严格控制压裂液滤失;负压解吸阶段,单位压降引起的解吸量更大,说明负压排采增产措施具有潜力。

土壤水环境中污染物运移双点吸附解吸动力学模型

在考虑对流弥散、平衡/非平衡双点吸附解吸、微生物降解等情况下,建立了土壤环境中有机污染物迁移转化的动力学模型,并给出了有限差分解。在此模型的基础上,详细讨论了有机污染物在土壤中的分布规律,并对一阶吸附解吸速率常数k和平衡吸附点位所占总点位的比例f进行了灵敏度分析。分析研究表明:参数k对于土壤中有机污染物浓度分布有着重要的影响,其影响程度又与非平衡吸附点位所占总点位的比例(1-f)有关;污染后期土壤吸附相的存在,也会起到增加土壤水溶质浓度的作用,且k越大,这种作用越明显。

三峡水库消落区土壤汞吸附解吸动力学特征

对三峡水库消落区5种土壤进行了汞的吸附-解吸试验,用不同的等温吸附方程和化学反应动力学方程进行了模拟比较,结果显示,不同土壤对汞的吸附解吸动力学规律相类似,吸附速率和解吸速率均与土壤pH值呈显著(r=0.933,p<0.05)和极显著相关性(r=0.962,p<0.01),但吸附量和解吸量各不相同,其中,紫色潮土对汞的吸附量最大,酸性紫色土最小;灰棕潮土对汞的解吸量最大,黄壤最小,其它类型土壤介于它们之间.

土壤不同粒径组分对菲的吸附解吸行为的研究

有机污染物在土壤环境中的行为主要取决于它们与土壤不同组分之间的相互作用，土壤不同粒径组分中有机质的含量和结构特征以及矿物组成不同，它们对有机污染物的环境行为影响也不同。本研究用物理方法将两种不同类型土壤水稻土（SEBC-07）和红壤（SEBC-13）分成粒径大小不同的土壤组分（〈2μm、2～20μm、20～54μm、54～105μm、105～280μm、〉280μm），研究了它们对菲的吸附解吸行为。SEBC-07土样不同粒径组分对菲的吸附容量（Kf）从大到小顺序为：2～20μm、20～54μm、54～105μm、〈2μm、〉105μm：SEBC-13土样不同粒径组分的所值从大到小顺序为：20～54μm、〈2μm、2～20μm、54～105μm、105～280μm、〉280μm。除〈2μm和20-54μm的粒径组分外，有机质含量较高的水稻土不同粒径组分对菲的吸附容量都明显高于有机质含量较低的红壤。两种土壤20～54岬组分的Koc值都最大，然后向粒径增大和减小的方向都逐渐降低。不同粒径组分的坼和心。值与它们的理化性质（有机碳含量、比表面积）都没有显著的相关性。两种土壤的不同粒径组分对菲的解吸都有不同程度的滞后现象。

水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸及氧化行为

采取等温吸附热力学方法,探讨了锰氧化合物(水钠锰矿)对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸和氧化特征及温度、pH等因素对其影响。研究结果表明,随着Cr(Ⅲ)初始加入量的增加,总铬吸附量逐渐增大,用Langmuir方程可以很好地描述吸附等温线数据;达到反应平衡时,水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的氧化量与加入初始Cr(Ⅲ)的浓度呈极显著线性正相关,而水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的氧化率,随初始Cr(Ⅲ)浓度增加而减小;温度是影响水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的吸附和氧化的重要因素,35℃时的吸附量显著低于25℃时的吸附量,而35℃时的氧化量、氧化率明显高于25℃时的氧化量、氧化率,表明升温对吸附反应不利,而对氧化反应有利;溶液酸度对于Cr(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,随着pH的升高,Cr(Ⅲ)离子氧化量、氧化率增大,然而,水钠锰矿对总Cr的吸附量则随着pH的升高而减小,表明pH的升高有利于氧化反应,而对吸附反应不利。