Hg-CEMS烟气预处理关键问题研究与进展

鉴于汞在化石燃料和矿物资源中的天然禀赋以及能源与资源利用过程中汞污染物的排放与监管,研发我国自主知识产权的汞连续在线监测系统(Hg-CEMS)成为汞排放浓度监测的国家重大需求。烟气预处理技术是Hg-CEMS系统中最关键的组成部分,也是限制我国Hg-CEMS技术发展与应用的核心技术。对Hg-CEMS烟气预处理技术中的4个关键模块——稀释采样模块、Hg0/Hg^(2+)分离模块、Hg^(2+)还原模块、Hg^(2+)标气发生模块的研究进展进行全面综述。首先,介绍稀释采样技术的原理与应用,阐述音速小孔和热稀释引射器的结构和设计要点,论述数值模拟与优化设计相结合的方法。其次,针对Hg0/Hg^(2+)分离技术,综述湿法吸收、物理吸附和化学吸附的研究新进展,讨论选择性吸附剂KCl和CaO的理论和实验研究结果。第3,针对Hg^(2+)还原技术,概述湿化学还原、低温还原和高温分解还原的技术,论证低温还原技术中固态还原剂的活性成分、反应温度以及烟气成分对氧化态汞还原的影响,探讨高温分解还原技术中填充材料、酸性气体组分以及除酸剂对Hg^(2+)还原和抑制Hg0再氧化的新研究进展。最后,针对Hg^(2+)标气发生技术面临的技术难点,提出固态标气发生新技术理念并指出其工业应用的可行性。结合当前Hg-CEMS技术的研究发展和应用现状,提出上述4个关键模块的研究思路、解决方案与应用前景。

基于HGS-IDWA算法的机器人路径规划研究

针对机器人路径规划问题,提出了融合饥饿游戏搜索(HGS)算法和改进动态窗口(IDWA)算法的优化思路。首先,利用HGS算法进行静态规划;其次,在动态规划阶段,针对传统DWA算法的路径选择不合理问题,引入新的目标函数以优化接近目标时的速度选择,在速度函数中加入障碍物数量以提升动态规划效率;最后,通过案例仿真与实地测试,分析机器人在规避动态障碍时获得的最佳路径。

一种具有识别Hg^(2+)和ClO^(-)荧光探针的设计和应用

设计合成了一种含双酯基的1,2,3-三氮唑化合物,与罗丹明B酰肼结合生成了具有“开-关”性质的荧光探针(简称L_(2)),应用光谱学表征了L_(2)的物理化学参数。L_(2)分别在DMF/Tris-HCl(1:1,v/v,pH=6.0,20μmol/L)和MeOH(20μmol/L)溶液中对Hg^(2+)和ClO^(-)显示出高选择性和灵敏性;利用荧光和紫外光谱分别测定了L_(2)对19种金属离子和14种阴离子的光学性能。实验表明,Hg^(2+)和ClO^(-)的存在使得L_(2)在585 nm和576 nm均有一个新的发射峰出现;同时伴随着荧光强度明显的增强,溶液体系发生了裸眼能识别的显色变化,表明Hg^(2+)可以将罗丹明分子的酰肼闭环结构转换为开环结构,并以1:2的比例方式生成了一种新配合物,这也被质谱、工作曲线、核磁滴定和TD-DFT计算的结果所证实;L_(2)对Hg^(2+)和ClO^(-)的检测限分别为7.45 nmol/L和0.67μmol/L。此外,生物活性测定显示L_(2)对HeLa细胞有非常低的毒性,并且可用于HeLa细胞中Hg^(2+)和ClO^(-)的细胞成像,表明L_(2)在体内可进行微测定Hg^(2+)和ClO^(-)的巨大潜力。

基于N掺杂Ti_(3)C_(2)MXene量子点的荧光探针用于Hg2+和S2-的传感检测

基于N掺杂Ti_(3)C_(2) MXene量子点(N-Ti_(3)C_(2) MQDs)荧光探针和配位相互作用,构建了一种检测Hg^(2+)和S^(2-)的“开-关-开”型荧光传感新方法.研究发现,制备的N-Ti_(3)C_(2) MQDs发射蓝色荧光(λem=440 nm),荧光量子产率为15.7%.Hg^(2+)与N-Ti_(3)C_(2) MQDs表面的—NH2,—COOH,—OH等官能团产生选择性配位作用,导致N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光猝灭.当加入S^(2-)后,由于S^(2-)与Hg^(2+)之间强的结合力,形成HgS沉淀,从而使N-Ti_(3)C_(2) MQDs体系荧光恢复.基于该原理,构建了一种“开-关-开”型荧光传感方法,实现了对Hg^(2+)和S^(2-)的定量检测.N-Ti_(3)C_(2) MQDs探针的荧光强度与Hg^(2+)浓度在0.02~200μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为10 nmol/L(S/N=3);与S^(2-)浓度在0.07~150μmol/L范围内呈良好线性关系,检出限为30 nmol/L(S/N=3).该方法具有成本低、操作简单、灵敏度高和选择性好等特点,并可用于水样中Hg^(2+)和S^(2-)的检测.

1,3-氧硫戊环为受体的Hg^(2+)荧光探针的设计、合成及性能

Hg^(2+)是毒性最强的重金属离子之一,会造成空气、土壤和水的污染,严重损害人体健康,开发有效的分析方法检测环境体系中的Hg^(2+)尤为重要。荧光探针因其灵敏度高、选择性好、响应速度快、可实时在线检测等优点,已广泛应用于Hg^(2+)检测。以Hg^(2+)促进硫代缩醛的去保护反应设计合成了一种全新的以1,3-氧硫戊环为受体的开启型Hg^(2+)荧光探针[2-(pyren-1-yl)-1,3-oxathiolane,POX],通过^(1)H NMR、^(13)C NMR和HRMS对POX结构进行表征,考察了POX在CH_(3)CH_(2)OH/H_(2)O中对Hg^(2+)的选择性、竞争性、浓度滴定、pH滴定、时间依赖性、检出限和识别机理等。研究结果表明,POX可在较宽的pH范围内对Hg^(2+)快速识别,并表现出高度的选择性和灵敏度;向POX中加入Hg^(2+)后,在386 nm处出现明显的荧光发射峰,表明POX对Hg^(2+)呈现出显著的荧光“开启”效应,其识别过程几乎不受其他金属离子干扰;荧光滴定实验表明POX在Hg^(2+)浓度为0~6.5μmol·L^(-1)范围内具有良好的线性响应(R^(2)=0.9994),检出限为0.168μmol·L^(-1),在实际水样中检测Hg^(2+)的RSD小于2.92%。由于POX合成简单、原料易得且pH适用范围较广,可作为定性和定量检测环境中Hg^(2+)的潜在工具。

常规温度下HgS相变过程中热力学及晶体结构变化研究

天然矿物朱砂呈色鲜艳、化学性质稳定,属于常用红色天然矿物颜料,在古今中外各类出土文物中均有发现.长期老化后朱砂颜料褪色或变黑,影响了文物历史、艺术、科学价值的发掘.对朱砂变色机理的研究能为文物原貌恢复与预防性保护提供科学依据.朱砂经相变转化为黑色β-HgS的过程被认为是朱砂变色的可能机理之一.采用密度泛函理论对α-HgS及其同质异形体的晶体结构与性质进行了理论计算,探究了HgS同质异形体间相互转化过程中晶胞形态变化和热力学变化.结果表明,常温常压下α-HgS到β-HgS相转化无法进行,颜料变色由外界其他因素导致.

基于点击-去点击化学反应的Hg^(2+)荧光探针检测体系构建

基于杂化罗丹明与巯基化合物之间的点击化学反应及巯基化合物与金属汞离子的配位反应导致的去点击化学反应机理,构建香豆素杂化罗丹明探针-1,3,5-苯三硫酚-Hg^(2+)的三元荧光检测体系。在该体系中,探针能够与1,3,5-苯三硫酚中的巯基基团发生加成反应,破坏探针的共轭结构,从而导致探针的红色荧光猝灭。加入Hg^(2+)后,Hg^(2+)与1,3,5-苯三硫酚通过配位作用结合,使其从探针结构上离去,探针的共轭结构及红色荧光恢复。体系的荧光强度与Hg^(2+)在5×10^(-9)~1×10^(-8)、1×10^(-8)~1.1×10^(-7)mol/L浓度范围内呈良好的线性关系,检测限为2×10^(-9)mol/L,等倍量的常见重金属离子对Hg^(2+)的特异性识别无干扰。应用于实际饮用水样品中Hg^(2+)含量检测,回收率可达到86.7%~110.2%。

氨基酸基氮掺杂荧光碳点的制备及饮料中Hg^(2+)的检测

汞离子是一种高毒性的重金属污染物,人体摄入后会带来健康危害,因此控制食品中的汞离子含量非常重要。以柠檬酸为碳源,不同的氨基酸为氮源掺杂,采用一步水热法制备高性能荧光的碳点(CDs),探究不同氨基酸基氮掺杂对碳点荧光量子产率(QY)的影响,以及这些氨基酸基氮掺杂碳点对汞离子的响应。结果显示,不同氨基酸的碳链长度和官能团对CDs的QY有一定的影响。Hg^(2+)能高效猝灭以甘氨酸(Gly)为氮源掺杂的Gly-CDs的荧光,Gly-CDs具有良好的荧光稳定性,在优化的试验条件下,用于Hg^(2+)检测的线性范围为0.00~7.00μmol/L和8.00~60.00μmol/L,检出限为0.20μmol/L。据此构建的荧光探针用于检测实际饮料样品中的Hg^(2+),回收率在90.08%~107.90%。该方法简便、快速、灵敏、适用于饮料中Hg^(2+)的测定。

空心多孔金纳米酶的制备及其对Hg^(2+)和Ag^+的比色检测

开发基于纳米酶的重金属离子比色传感分析方法,进而克服纳米酶在近中性p H环境催化活性较低的不足,仍然是当前面临的一项重要挑战.文中通过一步法制备了空心多孔金纳米酶(HPAuNSs),采用TEM,XRD,EDS,XPS等对纳米酶进行了表征,并将HPAuNSs用于Hg^(2+)和Ag^(+)的比色分析检测.结果表明,Hg^(2+)和Ag^(+)的加入均显著增强HPAuNSs在近中性条件下的类过氧化物酶(POX)活性,提高了H_(2)O_(2)的分解速率并加速底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应.利用显色底物TMB氧化后蓝色溶液的颜色变化,成功实现了Hg^(2+)和Ag^(+)的特异性分析检测,检测限分别为7.43nmol·L^(-1)和0.89μmol·L^(-1).构建的纳米酶传感体系打破了纳米酶活性的p H限制,以裸眼可见的溶液体系颜色变化为读出信号,实现了两种重金属离子的检测,为拓宽纳米酶在分析传感领域的应用提供了参考.

磁性聚氨基噻唑吸附剂脱除水体Hg^(2+)性能

聚多巴胺(PDA)辅助负载聚氨基噻唑(PAT)法制备了磁性颗粒吸附剂Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT。对吸附剂进行了XRD、VSM、TG、SEM、XPS、EDS和Zeta电位等表征分析,考察了吸附剂对Hg^(2+)的吸附性能。结果表明,Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT具有超顺磁性,在pH小于2时Zeta电位为正,pH大于2时Zeta电位为负。在303 K和Hg^(2+)浓度为50 mg/L模拟废水中,当pH为1.3和5.0时,Hg^(2+)的平衡吸附量分别为121.9 mg/g和153.1 mg/g。在强酸(如pH 1.3)和弱酸(如pH 5.0)环境下Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT吸附Hg^(2+)的过程均是自发过程,且符合二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。强酸环境下(如pH 1.3)Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT吸附Hg^(2+)是焓驱动的放热过程,弱酸(如pH 5.0)环境下是熵驱动的吸热过程。用2 mol/L混酸(盐酸和硝酸摩尔比为1∶1)作为解吸液可使Hg^(2+)解吸率达91%以上。在303 K、pH 1.3、Hg^(2+)浓度20 mg/L条件下,当Na^(+)、K^(+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)、Ni^(2+)质量浓度为Hg^(2+)的20倍时,Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT的Hg^(2+)平衡吸附量分别下降了33.2%、32.1%、20.6%、26.7%、21.2%、29.6%、17.8%。在模拟海水下,Hg^(2+)吸附量下降40.9%。Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@PDA-PAT具有较好的Hg^(2+)选择性,具有净化海水脱除重金属的应用潜力。

介质阻挡放电脱除NO_(x)、SO_(2)和Hg^(0)研究进展

燃煤污染物的排放为环境带来负担,减少燃煤烟气污染是控制大气环境污染的重要措施,脱硫脱硝脱汞则是烟气污染控制的重点。综述现有介质阻挡放电脱除燃煤烟气污染物研究,介绍介质阻挡放电脱除燃煤污染物机理,分析了不同结构介质阻挡放电反应器的放电原理及应用场景,主要包括空间型介质阻挡放电、沿面型介质阻挡放电、共面型介质阻挡放电、填充型介质阻挡放电和两段式介质阻挡放电;归纳了反应器反应参数、气体成分以及气体间的相互作用对脱除NO_(x)、SO_(2)和Hg^(0)的影响。讨论了催化剂协同介质阻挡放电脱除燃煤污染物与单介质阻挡放电脱除污染物的区别。确定高效率脱除NO_(x)、SO_(2)和Hg^(0)的最佳方式。随介质阻挡放电的电压和频率增加,污染物脱除效率呈增加趋势,但频率进一步增加会降低脱除效率。O_(2)在一定范围内可促进NO和Hg的氧化。微量H_(2)O在高能电子作用下产生OH^(-)和HO_(2-),从而促进SO_(2)和Hg氧化;但过量H_(2)O会抑制污染物脱除。NH3能促进NO和SO_(2)的氧化。介质阻挡放电通过激活催化剂表面产生电子和空穴,促进NO、SO_(2)和Hg^(0)的氧化,从而具有更优的污染物氧化性能。

基于涤棉混纺织物的荧光碳点对Cr(Ⅵ)和Hg(Ⅱ)的检测

该文以废弃涤棉混纺织物为碳源,分别在乙二醇和硫酸溶液中通过溶剂热法合成了两种荧光碳点,实现了对溶液中Cr(Ⅵ)和Hg(Ⅱ)的检测。通过透射电镜与红外光谱表征了碳点的形貌与组成,并基于紫外吸收光谱和荧光光谱分析了碳点的电子跃迁形式及发光类型。在乙二醇体系中制得的碳点(ETCCDs)能够选择性检测Cr(Ⅵ),检出限为0.093 mg/L,其检测机理为荧光内滤效应;硫酸体系中制备的碳点(WTCCDs)能够选择性检测Hg(Ⅱ),检出限为0.018µmol/L,检测机理为能量转移。对实际水样中的Cr(Ⅵ)和Hg(Ⅱ)进行检测,验证了上述两种碳点的实用性。基于涤棉混纺织物制备的荧光碳点不仅实现了对两种重金属离子的检测,同时也为废旧纺织物的再生利用提供了借鉴意义。

西南低温成矿域Au-Sb-Hg-Pb-Zn矿床方解石REE地球化学特征及找矿指示

西南大面积低温成矿域是我国Au、Sb、Hg、Pb-Zn等中低温热液矿床的重要基地,各种热液矿床之间是否存在成因关系仍是一个悬而未决的科学问题。方解石是各种热液矿床的重要脉石矿物,本文选择上述各种中低温矿种中的丫他卡林型金矿床、晴隆-巴年锑矿床、拉峨汞矿床、会泽铅锌矿床等作为典型矿床,并对矿床中出露的成矿和非成矿期方解石进行REE对比研究。结果发现,不同类型矿床成矿期方解石明显具有不同的REE特征,卡林型金矿床中显示MREE富集,锑矿床显示M-HREE富集的特征,说明金、锑矿床的成矿流体来源可能与深部隐伏花岗岩体有关;Pb-Zn-Hg矿床整体显示LREE富集,Hg矿床与标准海相碳酸盐岩LREE富集的配分模式一致,但Pb-Zn矿床中轻稀土元素内部具有La、Ce亏损的左倾特征,说明Hg矿床成矿流体可能主要来自于大气降水对赋矿海相碳酸盐岩的溶解作用,铅锌矿床成矿流体可能来自于盆地卤水浸取基底地层及其围岩所形成的混合流体。无论何种矿种,与成矿无关的方解石均具有LREE富集的特征,方解石的上述REE配分模式特征也可作为各种类型热液矿床的重要找矿标志。

Hg^(2+)光热传感实验的设计与实践

以问题导向学习(PBL)设计了基于温度信号的Hg^(2+)光热传感综合教学实验。在该教学实验中,学生首先基于机械化学,采用湿法研磨策略,制备了具有高光热转换效率的CuS纳米颗粒(CuS NPs),而后基于CuS NPs与Hg^(2+)的沉淀置换反应诱导的CuS NPs分散液的光热信号变化实现了环境水样中Hg^(2+)的检测。将Hg^(2+)光热传感的科研成果融入实验教学环节,探讨本科化学实验的创新教学设计理念,实现了以科学研究思维来指导设计大学化学创新实验,有助于系统全面地培养学生发现问题及解决问题的能力,同时将有效提升学生的基础知识综合利用与实践创新能力,促进高校本科实验教学改革。

氮掺杂碳点的制备及其在Hg^(2+)测定中的应用研究

以柠檬酸为碳源,尿素、邻菲罗啉、氨水、硫脲、精氨酸为氮源,通过水热法合成了5种氮掺杂荧光碳点。对合成的碳点进行荧光性能表征,测定了每种碳点的最佳激发和发射波长,在最佳发射波长下,利用荧光猝灭对Hg^(2+)进行检测。结果表明,以精氨酸为氮源制备的碳点对Hg^(2+)检测具有较灵敏的响应,其线性范围为0.25~1.5μmol/L。

聚丙烯腈改性及其对Hg^(2+)吸附研究

Hg^(2+)是生态环境中存在的对人体健康危害最大的重金属离子之一。吸附法是一种去除Hg^(2+)最简单高效的方法。因此设计成本低廉、吸附性能好且能循环利用的吸附剂是非常重要的。采用乳液自由基聚合技术制备聚丙烯腈,然后用三乙烯四胺对聚丙烯腈进行改性,得到改性后的聚丙烯腈。以废水中Hg^(2+)为吸附对象,考察不同的实验条件下,改性后的聚丙烯腈对Hg^(2+)的吸附性能。在pH值为6,Hg^(2+)浓度为40 mg/L,即时吸附量q_(t)达到最大;吸附30 min后吸附基本达到饱和。分别用伪一级吸附和伪二级吸附方程动力学模型对实验数据进行拟合,结果表明,用伪二级动力学方程可以更好描述吸附过程,说明三乙烯四胺改性聚丙烯腈对Hg^(2+)的吸附过程受Hg^(2+)扩散和-NH_(2)与Hg^(2+)的配位反应影响,为化学吸附。

HPLC-HG-AFS法测定活血止痛胶囊中不同汞形态含量的方法研究

目的:探讨活血止痛胶囊中二价汞、甲基汞、乙基汞三种汞形态的含量测定方法,同时为活血止痛胶囊风险防控提供数据支持。方法:采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法(HPLC-HG-AFS)测定不同批次活血止痛胶囊中3种汞形态的含量,色谱条件:C 18反相色谱分离柱(250 mm×4.6 mm,5μm),以乙腈-0.06 mol·L^(-1)乙酸铵溶液(含0.01 mol·L^(-1)L-半胱氨酸)(5∶95)为流动相;氢化物发生参数:氧化剂为1%过硫酸钾-0.35%氢氧化钾的混合溶液;还原剂为2%硼氢化钾-0.35%氢氧化钾的混合溶液,载流为7%盐酸溶液,负高压285 V,原子化器高度为10 mm。结果:三种汞形态在1.00~10.0μg·L^(-1)范围内线性关系良好,相关系数均大于0.999,检测限在0.088~0.131 ng·L^(-1)之间,平均回收率在91.98%~93.10%之间,RSD均小于5.73%(n=3)。采用HPLC-HG-AFS法测定了不同批次活血止痛胶囊中三种汞形态的含量,结果表明均低于检测限。结论:本法经方法学验证,可用于活血止痛胶囊等中成药中汞形态含量测定,为中成药的安全性评价提供参考。

Hg、Cd及其复合污染对浮萍叶片的毒害研究

研究了不同浓度Hg、Cd及其复合污染对浮萍（Lemna minor L.）叶片生理生化以及超微结构的毒害影响.经观察分析,培养4d后各处理组均呈现出不同程度的受害症状.随处理浓度的递增,叶绿素含量以及可溶性蛋白含量明显下降;抗氧化酶系统活性及脯氨酸含量均表现出-显著抗性峰,而后下降.通过电镜观察发现、叶绿体膨胀,外膜破裂,基粒片层垛叠混乱;线粒体脊突膨胀,呈现凌乱状态甚至空泡状残体;细胞核变形,核膜内陷,染色质凝集,呈无序状态甚至解体.结果表明:Cd对浮萍叶细胞的毒件比Hg大.Hg、Cd复合污染呈现明显的协同作用,加强了对叶细胞的伤害.Hg对于浮萍叶片的致死浓度在5～7mg/L之间;Cd的致死浓度在2.5～5mg/L之间;Hg+Cd的致死浓度在1mg/LHg+1mg/LCd～2.5mg/L Hg+2.5mg/LCd之间.

汶川M_s 8.0地震破裂带CO_2、CH_4、Rn和Hg脱气强度

地震活动断裂带能够向大气释放大量的温室气体、放射性气体和有毒气体(CO_2、CH_4、Rn和Hg),并对大气环境的影响产生复杂的影响。利用静态暗箱法,对汶川M_s8.0地震破裂带CO_2、Rn和Hg脱气强度进行实地测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明:(1)破裂带土壤气中CO_2、CH_4、Rn和Hg异常浓度最大值分别可以达到7.98%、2.38%、524.30k Bq/m^3和161.00ng/m^3;破裂带CO_2、Rn和Hg脱气平均通量是34.95g·m^(-2)d^(-1)、36.11m Bq·m^(-2)s^(-1)和26.56ng·m^(-2)h^(-1),最大值分别达到259.23g·m^(-2)d^(-1)、580.35m Bq·m^(-2)s^(-1)和387.67ng·m^(-2)h^(-1);(2)汶川Ms8.0地震破裂带向大气脱气的CO_2年贡献量是0.95Mt,Hg的年贡献量是15.94kg。汶川Ms8.0地震破裂带破裂CO_2、CH_4、Rn和Hg等的脱气强度,不仅与破裂带渗透率有关,还与断裂带浅部存在的气藏、煤层以及磷矿层等气体源有重要的联系。

Hg对小麦种子萌发及幼苗生长的影响研究

本文用水培法研究Hg2 + 浸种对小麦种子萌发及幼苗生长情况的影响 ,结果显示 :种子萌发率、平均株高、日均增重、平均根长、叶子的叶绿素含量和可溶性蛋白含量随Hg2 + 浓度升高而呈下降趋势 ,但在低浓度时 (Hg2 +≤ 2 0mg/L)各指标的下降不明显 ,对小麦萌发及生长无明显抑制 ,种子萌发率还略有上升 ;叶子的SOD和POD活性变化趋势为随Hg2 +