ZnO单晶在天然有机质存在下溶解过程中的晶面效应

以极性氧化锌单晶(0001)面和非极性氧化锌单晶(101-0)面为研究对象,探究天然有机质(NOM)存在下不同晶面的溶解速率和腐蚀形貌的差异。实验结果表明,ZnO单晶特定晶面溶解的速率受其它晶面是否接触溶液影响,侧面接触溶液会加快顶面的溶解速率;NOM存在下(0001)面的溶解速率高于(101-0)面;不同NOM会对ZnO晶面的溶解腐蚀形貌产生不同的影响,与NOM本身性质有关。

天然有机质引发汞化学转化研究进展

环境中广泛存在的天然有机质(NOM)强烈影响汞的迁移转化行为。本文总结了NOM驱动下汞的氧化/还原、硫化/去硫化和甲基化/去甲基化过程及其可能发生的机制,旨在为汞地球化学循环后续研究提供参考依据。

傅里叶变换离子回旋共振质谱分子表征^(15)N同位素标记羟胺衍生化天然有机质

羟胺化合物是地球氮循环过程中的重要中间产物.天然有机质(NOM)作为环境中普遍存在的复杂有机混合物,对羟胺的环境转化有重要影响.本研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)在分子层面表征羟胺与NOM的相互作用产物,采用^(15)N同位素标记羟胺作为反应物以排除NOM本身存在的化合物的质谱峰干扰,特异性识别^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM的质谱信号;同时考察了反应时间对NOM与羟胺反应活性的影响.结果表明,NOM与过量^(15)N同位素标记羟胺在室温条件反应下10 h,可以鉴定到2137个^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM产物分子式,其中包括,1个^(15)N同位素标记羟胺分子与1个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式1346个(CHO^(15)N_(1),约占产物分子式总数63%),两个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式194个(CHO^(15)N_(2),约占产物分子式总数9%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个S元素的NOM分子反应形成的产物分子式376个(CHOS1^(15)N_(1),约占产物分子式总数18%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个N元素的NOM分子反应形成的产物分子式221个(CHON_(1)^(15)N_(1),约占产物分子式总数10%).这些羟胺衍生化NOM产物主要属于维管植物源多酚类和高不饱和酚类化合物,86%以上的产物很可能通过羟胺与NOM分子所含的羰基基团发生肟化反应形成.CHO^(15)N_(1)类产物的形成具有高度的时间依赖性,高氧化高饱和度的NOM化合物需要较长的反应时间才能形成羟胺衍生化NOM产物,表明此类化合物与羟胺的反应活性较弱;而低氧化高不饱和度的NOM化合物仅需要较短的时间便能形成羟胺衍生化产物,且随着反应时间延长,其中的部分化合物可以进一步生成多肟化产物或不稳定的其他产物,此结果表明这类NOM化合物对羟胺的反应活性较强.本研究采用FTICR-MS首次在分子水平全面表征了羟胺与FTICR-MS相互作用产物信息,可为羟胺在地球氮循环过程中的迁移转化机制研究提供全新视角和信息.

富有机质页岩天然裂缝表征研究进展

天然裂缝对富有机质页岩油气的勘探开发具有极其重要的地质及工程意义,由于页岩独特的非均质性及复杂性使得天然裂缝研究更加困难。围绕富有机质页岩中天然裂缝的分类、发育特征参数及分布规律预测等方面,国内外学者在理论和技术上均取得了显著的进展。通过系统分析全球页岩气资源勘探开发现状、天然裂缝的类型、发育特征参数及预测方法等问题,结果表明:富有机质页岩储层与常规储层具有一致性和独特性,基于地质成因的天然裂缝分类方案优于其他分类方案,并得到了广泛的应用,其裂缝类型与常规储层存在一定的差异,基于分形理论、地震检测及古构造应力场模拟的天然裂缝预测方法是当前常用且效果较好的裂缝预测技术,可正确识别、评价不同尺度的天然裂缝对页岩含气性的影响,该研究对页岩气的开采具有重要意义。

滇池沉积柱中有机质和营养盐对天然放射性核素分布的影响

为明确柱状沉积物中有机质和营养盐对天然放射性核素垂直分布存在的影响,本文以中国西南部的淡水湖泊滇池的柱状沉积物为例,阐述了天然放射性核素在滇池沉积物中的分布特征和影响因素,说明了滇池沉积有机质和营养盐对天然放射性核素的影响。分别应用多通道能谱仪(GX6020)和Vario EL III Elementar分析仪对样品中的天然放射性核素、总有机碳(TOC)和总氮TN进行测定,应用钼酸铵分光光度法测定总磷TP的含量。同时,还对有机质、营养盐和天然放射性核素进行了皮尔森相关性分析。研究结果显示:沉积物中^(210)Pb_(ex)指示的年代区间为1955~2017年;沉积物中^(40)K、^(232)Th、^(238)U、^(226)Ra和^(210)Pb_(ex)比活度依次为:185±13.2~798±61.0 Bq/kg、46.2±0.19~101±0.47 Bq/kg、54.5±3.99~136±10.4 Bq/kg、28.5±0.20~66.5±0.50 Bq/kg和98.1±4.54~312±14.0 Bq/kg;TOC、TN和TP含量分别为:7.88~60.3 mg/g,1.11~7.35 mg/g和1.43~2.78 mg/g。滇池湖泊内循环作用促进沉积物中碳氮磷的释放,为水生生物的生长提供营养物质,进而增加沉积物中水生来源有机质的贡献。本研究揭示了沉积有机质和营养盐对^(40)K、^(232)Th和^(226)Ra的稀释作用以及对^(210)Pb_(ex)的清洗效应,为今后湖泊沉积有机质和营养盐对天然放射性核素的研究提供了数据支持。

天然有机质疏水性定量方法及吸附预测模型

天然有机质是有机污染物在土壤和水环境中的重要赋存相,显著影响有机污染物的传输、归趋和生物有效性.有机污染物的有机碳-水分配系数是污染物迁移积累模型的核心参数.如何准确、快速地评估有机污染物在天然有机质上的吸附行为是环境科学研究的一个重要科学问题.该方向的研究内容主要包括有机污染物和天然有机质性质定量描述、有机污染物-天然有机质作用机制解析和吸附预测模型构建三个环节.学界在有机污染物-天然有机质作用机制解析方向取得了丰硕的成果,在天然有机质性质定量描述和吸附预测模型构建方向仍有广阔的发展空间.本文系统评估了现有的天然有机质疏水性定量方法和天然有机质吸附预测模型.通过对方法和模型优缺点和适用范围的系统分析,揭示了现有研究的不足,展望了未来研究的主要方向.

超声空化作用于水中天然有机质特性研究

利用超声空化作用去除水中天然有机质(Natural Organic Matter,简称NOM)不会产生消毒副产物。研究了采用低频高功耗率的超声处理富里酸溶液,结果表明:由于超声空化的热解及氧化作用,随着声功率及富里酸溶液浓度的增加,溶液的pH、ORP逐渐减小,溶液的温度、浊度逐渐增加,体系中加入盐酸后能够放大超声作用。作为水中NOM浓度的替代参数,UV_(254)在超声作用下缓慢增加,而总有机碳(TOC)的超声降解符合准一级反应规律,在20min超声作用之后,TOC去除率由21.2%增至31.6%,加入盐酸后,由24.7%增至34.8%。该研究可为超声协同其他工艺进行水处理提供放大设计依据。

洪泛区天然湿地土壤有机质及氮素空间分布特征

对二百方子洪泛区天然湿地土壤有机质及全氮的空间分布特征进行了研究 .结果表明洪泛区养分垂直变化趋势基本一致 ,而表层水平分布差异显著 .最常遇洪水的洪泛区并不是养分含量最高的地带 ,其有机质和全氮含量分别为 2 36%和 2 60 5 4mg/kg ;而具有一定的淹水频率的洪泛区是养分含量最高地带 .一年一遇洪泛区和五年一遇洪泛区的有机质分别为 3 70 %和 3 92 % ,全氮含量 3666 4mg/kg和 31 2 5 6mg/kg ;土壤碳氮比都相对较低 ( 0～ 1 1 ) ;湿地干湿交替周期、地下潜流、植被生长特征及

天然有机质及其在地表环境中的重要性

天然有机质是地表各种环境介质中的重要化学组分,分布广泛.越来越多的研究已经表明:它在地表生态系统的物理、化学和生物过程中都起着十分重要的作用;它与生态系统的各个重要环节密切相关,是生态系统中能量与物质循环的重要途径.因此,天然有机质不仅是生物地球化学、生态学和环境科学等研究领域的重要内容之一,而且也是环境污染的评价、预测和治理研究中的基础理论问题,是目前环境质量、毒理学、环境立法和管理研究共同关注的科学问题.本文主要以陆地地表淡水湖泊与河流水环境为例,对天然有机质的来源、化学结构、循环特征,与养分循环的耦合关系,对有毒金属元素和有机污染物迁移转化和毒性影响机理等几个方面的研究进展进行了简要的总结;针对我国水体富营养化和环境污染等重要环境问题,阐述当前应该采取的研究思路和存在的主要科学内容,并对现代有机环境与生物地球化学学科的研究趋势进行了展望.

土壤/沉积物中天然有机质对疏水性有机污染物的吸附作用

通过对土壤/沉积物中天然有机质的组成分析,阐述了天然有机物在吸附疏水性有机污染物过程中所起的重要作用,其中包括可溶性有机质的增溶作用和不溶性有机质的吸附作用。本文着重探讨了天然有机质结构的异质性对吸附作用的影响,导致吸附等温线的非线性,从而从土壤/沉积物有机质的微观结构上进一步解释了非线性吸附机理。

叠合盆地天然气的重要来源——分散可溶有机质

天然气形成具有多源性,以天然气直接母源赋存状态分类为基础,厘定了主要气源分散可溶有机质的概念。对分散可溶有机质赋存状态以及生成途径进行了分析,初步确定了作为气源岩的生气丰度下限,分析了生气潜力,认为分散可溶有机质是高演化阶段的最主要气源,具有广阔的勘探前景。分析了可溶有机质演化程度与气态烃转化率以及同位素的关系;指出分散型可溶有机质裂解气轻烃中环烷烃含量高,而聚集型可溶有机质裂解时链烷烃生成量较苯系物多,且裂解过程中没有环烷烃产物出现,这是因为无论是硅酸盐岩还是碳酸盐岩都对可溶有机质的成气演化起到了促进作用,因此分散可溶有机质比聚集可溶有机质生气潜力更为有效。结合实际地质情况,讨论了分散可溶有机质评价方法,使分散可溶有机质评价更具有可操作性。

天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展。具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件(pH,离子强度)及天然有机矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望。

天然有机质对环境污染物的转化过程的介导作用

天然有机质因自身的结构特点而参与着光化学反应与醌呼吸过程,并通过这两个重要过程对生态系统中营养元素及矿物元素的物质循环起着十分重要的作用。天然有机质对环境污染物转化的影响早已受到关注,然而其中的影响机制尚未明晰。近年来已有一些研究者发现天然有机质的光化学过程及醌呼吸过程与污染物的转化之间存在着耦合作用,因而对此方面的研究进行了系统性的综述,阐明了天然有机质的光化学过程与醌呼吸过程对环境污染物转化的影响及可能的机制,并强调天然有机质在光化学过程中作为"高活性反应微区"以及在醌呼吸过程中作为"电子穿梭体"对环境污染物的转化起着关键的作用。因此作者提出了天然有机质对环境污染物的转化起着介导的作用,并推测该介导作用是天然有机质影响污染物环境行为及生物效应的重要机制之一,也是污染物在天然环境中消减与解毒的重要途径。今后应加强对天然有机质介导环境污染物转化的机制的研究,明确该机制在污染物自然消减过程中的作用大小,同时可基于此机制发展一些如有机质含量丰富的湿地系统等环境污染控制与修复技术。

水体环境中天然有机质腐殖酸研究进展

腐殖酸作为一种资源广泛存在于自然界中,它是影响环境生态平衡的重要因素,也是潜在的、可大力开发和综合利用的有机资源。腐殖酸类物质具有多种活性官能团,具有酸性、亲水性、界面活性、阳离子交换能力、络合作用及吸附分散能力。腐殖酸概念、理论出现了重大突破,已从传统腐殖酸重点或仅研究腐殖酸自身发生中的物质流动、能量转化规律,同时着眼研究腐殖酸与土壤、水体和生物多界面的环境过程和机理。文章主要以水环境为例,天然有机质研究历史、化学结构,对环境污染物效应和去除技术等几个方面的研究进展进行了简要的总结;对现代腐殖酸的研究趋势进行了展望。

天然有机质与重金属相互作用的分析方法进展

由于NOM(natural organic matter,天然有机质)种类及来源的多样性及其结构和性质的复杂性,导致NOM与重金属之间的相互作用存在一定的不确定性.针对NOM与重金属之间相互作用的一系列分析方法,重点阐述了谱学分析有关分析方法、等温滴定微量热法、溶出伏安法、zeta电位变化分析以及高效体积排阻色谱法等,这些方法从NOM的谱学特征、zeta电位、分子量、热力学参数及电化学性质等方面对二者之间的相互作用进行深入研究,取得了一定进展,但也存在不足.针对各分析方法的特点及其局限性,建议今后联合使用多种方法分析NOM与重金属之间的相互作用机制;通过确定不同影响因素对二者结合作用的大小和权重,建立多因素影响下二者相互作用的模型,以定性、定量分析天然水体中NOM与重金属的相互作用.

四川盆地下寒武统筇竹寺组烃源岩有机质差异富集机制与天然气勘探领域

四川盆地以下寒武统筇竹寺组为烃源岩的海相高演化天然气系统是全球这一领域的一个典范,为进一步深化地质理论认识,拓展勘探领域,针对当前川中、川东北2个热点勘探区块,通过地球化学方法,从古生产力、氧化还原条件、陆源输入三方面入手,对不同区域该套烃源岩质量及其有机质富集机制展开了差异对比研究,探讨了天然气勘探领域。结果表明:川中GS17井、ZJ2井所在的裂陷槽内深水陆棚相烃源岩有机碳含量整体高于川东北小洋坝浅水陆棚相烃源岩,两者有机质富集均主要受控于氧化还原环境;川中烃源岩形成于缺氧环境,相较于川东北烃源岩所形成的贫氧环境更有利于有机质的保存;川东北烃源岩形成过程中陆源输入对有机质的稀释作用尤为显著,烃源岩质量不如川中烃源岩。筇竹寺组天然气系统的勘探仍需围绕裂陷槽及周缘展开,同时盆地周缘的深水陆棚地区也值得加以重视,且常规与非常规天然气资源并重。

天然有机质存在条件下的纳米颗粒与重金属协同行为研究

纳米颗粒与重金属元素相结合发生反应,可能产生一系列相互作用关系。这些作用过程是取决于多个环境条件共同作用的复杂过程,尤其是在土壤这种复杂的典型非均质环境介质中。这些作用关系可分为协同促进和拮抗抑制两大类关系。对于土壤中的重金属离子而言,纳米态粒子对其环境有效性究竟是协同促进还是拮抗抑制作用,关键取决于纳米粒子的表面修饰特性、二者间的界面反应以及反应后重金属元素的最终赋存状态这三个方面。协同促进或拮抗抑制作用与否则最终决定了这些污染重金属离子的生物可利用性和生态毒性响应。本文对近年来纳米颗粒-重金属共环境行为的国内外研究现状进行综述讨论。纳米-重金属界面吸附解吸和土壤中迁移持留过程研究涉及多个热力学、动力学解析方法,科学家结合静态批实验和动态迁移实验等实验室模拟手段,对纳米颗粒、重金属离子、有机质三因子在土壤介质中的相互作用影响和共行为方式展开深入探讨。在重金属离子-纳米颗粒表面吸附机制、赋存形态以及重金属纳米吸附态土壤迁移固定机制研究中,多种定性表征方法的综合应用,如透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线吸收近边结构光谱/扩展X射线吸收精细结构光谱(XANES/EXAFS)等方法相结合,被公认是揭示这一系列过程机制的重要技术手段。针对不同土壤环境中有机质存在条件,正确评价纳米态物质对重金属的迁移性及生物可利用性的影响作用,将为纳米环境效应评估和纳米修复技术等相关应用提供重要的数据支持和机理依据。

动态光散射技术原位表征天然有机质存在下纳米零价铁的团聚效应

纳米零价铁原位修复地下水污染是近年发展起来的新技术,通过改性合成不同种类纳米零价铁可以克服其易团聚易氧化的问题,水体中存在的天然有机质也会对纳米铁的分散性和反应活性产生影响,因此开展原位测试并研究不同种类纳米铁在水中的团聚效应具有重要意义。本文对实验合成的纳米零价铁、羧甲基纤维素包覆纳米零价铁、膨润土负载纳米零价铁以及商用纳米零价铁,基于动态光散射技术(DLS),运用纳米粒度/Zeta电位分析仪,结合透射电子显微镜(TEM)和沉降光谱曲线等手段,对比研究了天然有机质(腐植酸HA)对纳米铁团聚效应的影响。结果表明,羧甲基纤维素包覆或膨润土负载改性提高了纳米零价铁颗粒的分散稳定性,有效抑制了团聚沉降,团聚体粒径分布在1000 nm以下。HA会吸附在纳米铁颗粒表面,从而增加静电排斥力,进一步减缓了团聚效应,尤其是对膨润土负载纳米零价铁的影响最为显著,其团聚体粒径能降至100 nm以下,沉降速率也极大减缓,分散稳定性表现最佳。本研究表明DLS结合TEM表征纳米颗粒是获得更加丰富的微观粒子信息的一种非常重要的手段。

从有机质生烃角度分析北大港构造带东翼深层天然气勘探潜力

北大港构造带东翼紧邻歧口凹陷,是歧口凹陷油气运移的有利指向区.岐口凹陷有机质类型主要为腐泥型,埋深大,演化程度高,凹陷中心沙三段烃源岩成熟度达到2.5%,已到高—过成熟阶段,应有大量的高熟天然气和原油裂解气生成.北大港构造带东翼目前发现的油气都是成熟阶段的产物,后期高—过成熟阶段的产物没有运移到中浅层.分析烃源岩特征、油气成熟度、天然气类型及构造特征.结果表明:烃源岩成熟阶段生成的原油在构造深层聚集,后因断裂沟通,一部分运移到浅层成藏,另一部分继续在深部储集物性较好的构造和砂体中富集,随演化程度不断加深,原油裂解成气.

大孔吸附树脂脱除天然碱中有机质的实验

研究了弱极性或非极性大孔吸附树脂脱除天然碱中可溶有机质的方法。结果表明,D4020型大孔吸附树脂对天然碱碱液有机质的脱除率可达50%以上,优于活性炭;吸附有机质后的D4020型树脂可用氢氧化钠与丙酮联合处理再生,再生树脂平均吸附容量可恢复至80%以上。