天然锰氧化物矿物氧化废水中苯酚的动力学研究

利用天然锰氧化物矿物在酸性条件下的强氧化性。研究其氧化水中苯酚的动力学．模拟锰氧化物矿物氧化苯酚的反应过程。通过测定初始浓度为100-1000mg／L，pH值为1～2，温度为293-333K时不同氧化时间锰氧化物矿物对苯酚的氧化结果，比较伪一级和伪二级反应方程的线性拟合情况；结果表明，该反应动力学曲线用伪二级反应模型拟合时相关系数高于用伪一级反应方程线性的拟合，所以这个反应可用来模拟伪二级反应。根据动力学数据得出Arrhenius反应活化能Ea为11．62kJ／mol，说明温度对该反应影响不显著，且是一个扩散控制反应。

热处理对凹凸棒石结构、形貌和表面性质的影响

通过差热、热重、X射线衍射、透射电镜综合分析研究了凹凸棒石在热处理过程中脱水作用、结构、形貌变化之间的关系。结果表明在65℃,凹凸棒石开始脱去外表面吸附水,98℃脱去孔道水,凹凸棒石结构、形貌没有任何变化,微孔孔道直径未变。到230℃,部分脱去凹凸棒石的结晶水,由于脱出部分结晶水,凹凸棒石结构开始出现折叠。在481℃,脱去凹凸棒石的剩余结晶水。在595℃左右,缓慢脱去凹凸棒石的结构水,孔道结构完全塌陷,链层结构和形貌基本保持不变。高于800℃,凹凸棒石晶体开始变形弯曲,并变为无定形态。在827℃出现放热效应,形成方石英,这与1000℃出现严重烧结形貌特征一致。

长江三角洲典型地区土壤-水稻系统中Cd的分布及其迁移制约因素

为了弄清楚长江三角洲土壤-水稻系统中Cd污染和迁移制约因素,采集了典型地区的水稻土壤、秸秆、籽实等样品共66组,测试了这些样品中重金属元素和常量元素的含量、土壤pH值和总有机碳含量等参数指标,并对这些参数进行相关性分析,评估水稻土壤与籽实中的Cd污染,探讨Cd空间分布,讨论土壤中pH值和有机质以及其他金属元素对Cd在水稻中积累的制约作用。结果表明:长江三角洲典型地区水稻土壤和籽实都存在Cd含量超标现象,土壤样品中Cd质量分数为(81.39～1 441.00)×10-9,平均值277.40×10-9,而水稻籽实样品中Cd质量分数为(10.44～692.40)×10-9,平均值55.63×10-9;根据土壤环境质量标准(GB 15618—1995)的二级标准,水稻土壤超标率为9.09%,超标样品主要分布在苏州、镇江和常州;根据食品中污染物的限量标准(GB 2762—2005),水稻籽实Cd含量超标率为4.55%,超标样品集中在苏州和无锡;影响水稻积累Cd的因素有土壤中总有机碳、CaO、MgO、P的含量和pH值;水稻中S和Se含量与Cd含量关系密切,Cd与Zn表现为协同作用,土壤中S、Se和Zn的含量对水稻积累Cd无明显影响;提高土壤中pH值以及增加土壤总有机碳含量,能适当降低水稻中Cd的积累,适当增加土壤中Ca、Mg和P的含量能在一定程度上降低水稻对Cd的吸收。

长江干流颗粒有机碳及其同位素组成的季节性输送特征

2007年夏季和冬季对长江干流悬浮物进行了季节性采样,系统分析了悬浮物颗粒有机碳含量及稳定碳同位素的组成,研究了其空间分布以及季节变化特征。结果显示,长江干流夏季颗粒有机碳含量在0.4%～1.3%,冬季含量在0.7%～2.2%。冬季和夏季颗粒有机碳平均δ13 C值分别为-24.74‰和-24.83‰,季节性差异不大,在空间分布上,冬季上游值要高于中、下游,而夏季不明显。长江干流悬浮物C/N比值的季节性变化不大,在空间上C/N比值有从上游向下游略微降低的趋势。长江上游悬浮物总体上具有较中下游略高的δ13 C值,在夏季主汛期,中下游悬浮物δ13 C值保留了较多的上游特征。而在冬季枯水期,中下游悬浮物δ13C值明显低于上游值,使入海悬浮物的δ13 C值相对减小,这可能是由于在枯水期中下游物质贡献量相对增加和中下游水生植物的相对增多造成的。最后,计算了2007年5月到2008年4月长江一年的颗粒有机碳通量为1.46Mt/a,相比长江三峡蓄水前有机碳的通量有较大减少。

50年来北海市滨海湿地景观格局变化及其驱动机制

以1955~2004年遥感影像为数据源,结合野外调查,运用景观生态学原理,研究50 a间北海市滨海湿地的景观格局及其动态变化。结果表明,50 a间北海市滨海湿地呈整体退化趋势,潮间砂质海滩、潮间淤泥质海滩、红树林滩、小型岛屿湿地减少;景观格局指数显示1977年、1998年是北海市滨海湿地较明显变化的拐点。1977年人类活动影响增加,滨海湿地稍有退化,湿地景观多样性指数减小,优势度指数增加,均匀度指数减小、景观总面积指数降至最低值。1988年湿地保护力度加大,湿地略为好转,景观多样性指数、优势度指数、均匀度指数则呈相反规律。1998年湿地受到的极端气候灾害、人类干扰程度加大,平均斑块分形维数下降,斑块密度指数、景观斑块数破碎化指数呈最高值。湿地景观格局指数的变化,反映了围垦改造、互花米草的生物入侵、城市污染、极端气候灾害等对景观格局的影响,人类活动是北海市滨海湿地景观格局变化的主要驱动因子。

凹凸棒石-TiO_2-磁性颗粒纳米复合材料的制备

为制备具有高效吸附、光催化性能,可磁分离回收催化剂的凹凸棒石-TiO2-磁颗粒纳米复合材料,本文研究了不同反应温度、不同量的氧化剂加量、不同的碱加入量对复合材料磁化率的影响,并利用透射电镜、X射线粉末衍射对制备的复合材料结构和微形貌进行了表征。实验结果表明,在70℃下,Fe2+∶OH-∶NO3-质量比为1∶0.6∶0.056时,反应生成的产物再经500℃煅烧,获得的凹凸棒石-TiO2-磁性颗粒纳米复合材料的磁化率最高。高分辨透射电镜表征结果显示,经500℃煅烧获得的凹凸棒石-TiO2-磁性颗粒复合材料,其TiO2和磁性颗粒非常均匀地吸附在凹凸棒石表面。

近50年北海市海岸线变迁及其环境效应分析

【目的】研究近50年来海岸线变迁的规律及其环境效应。【方法】以北海市1955—2004年遥感影像为数据源,并结合野外调查。【结果】南流江三角洲河口区沿岸海岸线变化最大。海岸线长度除1977—1988年略有增加外,整体上呈递减趋势,1998年至2004年变化减缓。北海市海岸线变化的环境效应表现为引起冲淤变化。【结论】海岸线变迁主要是受围海工程影响,海岸的自然侵蚀、淤积作用不明显,海岸线变化总体上是趋于平直,长度减少。环境效应变化较明显的是南流江三角州河口区河道改道导致河道自然冲刷拓宽、部分江心岛受到冲刷侵蚀;人工堤坝保护了海岸,但滩涂可能遭受侵蚀影响,或海浪翻腾沙滩底部影响了沙滩质量。

即时合成Zn-Mg-Al层状双氢氧化物处理含Zn^(2+)废水实验研究

在模拟含Zn2+废水中加入Mg2+和Al3+,以NaOH为沉淀剂,研究金属盐水解即时合成层状双氢氧化物(LDH)去除Zn2+的可行性。详细探讨了体系终点pH值、配料中Mg2+/Zn2+摩尔比值及反应温度和时间对Zn2+去除率的影响,结合X射线衍射分析(XRD)探讨了Zn2+去除机理,并与化学沉淀法进行了比较。结果表明,实验条件下只有pH值显著影响Zn2+去除率(p<0.05),在9.0~11.0范围内去除效果最佳,达99%以上。通过XRD分析结合即时合成法特点,废水中Zn2+主要是在晶体生成阶段以Zn-Mg-Al三元LDH化合物形式被去除的。与化学沉淀法相比,即时合成法效果更好,适用pH值范围更广,用来处理含Zn2+废水更具优势。

黄土高原新近纪红粘土粒度特征及环境意义

黄土高原红粘土的风成成因已得到一致的认可,目前发现最早的红粘土出现在渐新世末中新世初,表明古近纪末中国西北内陆地区干旱化环境就已形成。黄土高原红粘土的粒度特征显示自北而南平均粒径逐渐减小,表明了初始的季风系统已经建立,冬季风对风尘物质的传输具有重要作用。红粘土的粒度分布曲线显示其有两个组分组成,其中粗粒(>20μm)代表了近地面风(冬季风)传输部分,而细粒(<5μm)代表了高空西风传输部分,粒度组成特征很好地记录了大气环流的发展变化。自渐新世末,六盘山以西的红粘土显示在21.3~20.2Ma、16.0~13.3Ma和8.7~6.9Ma三个时期平均粒径增大,沉积速率升高,其可能与全球变冷和青藏高原阶段性隆升有关,其中8.7~6.9 Ma主要受全球变冷控制。而六盘山以东的红粘土剖面,粒度变化特征显示在7.6~6.2 Ma,或至5.4 Ma粒径都较粗,表明冬季风较强;之后至3.6 Ma平均粒径较细,沉积速率较低,指示了冬季风发育较弱,为气候环境较好的阶段;从3.6~2.6 Ma,大多数剖面都显示平均粒径增大,沉积速率增加,冬夏季风同时增强,进入向第四纪冰期过渡的阶段。北极冰盖的发育、青藏高原的隆升可能是产生变化的原因。

典型黑色岩系分布区土壤重金属污染与生物有效性研究

风化作用条件下,黑色页岩富含的重金属元素释放到环境中,会引起土壤重金属污染。运用生态地球化学的分析手段,对发育于浙江寒武系黑色页岩地层(荷塘组)土壤的重金属污染现状、来源、分布特征及其生物有效性进行系统研究。结果表明,研究区土壤重金属Cd、As、Cu、Zn和Hg均存在超标现象,超标率分别为67.81%、7.81%、7.18%、4.68%和1.87%;而Se、Ni、Pb和Cr等未超标;对黑色页岩和土壤重金属分布特征进行分析可知,超标土壤分布区域与黑色页岩发育区域基本吻合,土壤中Cd、Cu、Se、Ni、Zn等重金属主要来源于黑色页岩风化释放;土壤重金属的生物有效性因来源不同而差异显著,其生物可利用率顺序为Cd>Zn>Se>Ni>As>Pb>Cu>Cr;Cd等元素的高生物可利用率对当地生态环境产生潜在的危险。

近30年来苏南耕地土壤pH时空变化特征及影响因素分析

苏南地区是我国重要的粮食产区之一,其耕地土壤的酸碱度特征直接影响着土地品质和粮食质量。本文通过调查2010年以来苏南农耕土壤p H空间分布特征,发现苏南土壤p H呈现西酸东碱格局,这与自然条件和人为改造行为密切相关。近30年来苏南土壤p H时空变化在2003年前后呈现两种模式:总体上,1980年至2003年期间,土壤发生酸化和碱化的地区与1980年至2010年来的总变化特征基本一致,而2003年至2010年近10年来部分地区土壤酸碱变化趋势出现逆转,以镇江句容地区的先碱化后酸化和苏州无锡地区的先酸化后碱化最为典型。本文分析认为,地区间土地利用格局和利用方式的时空差异所导致的缓冲物质的增减更替,是造成苏南土壤p H时空变化区域差异的主要驱动力。

江苏中部农业园小麦和土壤镉元素含量关系研究

为研究江苏中部农业园土壤和小麦镉元素含量[ω(Cdsoil)和ω(Cdwheat)]关系,采集了土壤和小麦样品40组,采用多元线性回归分析方法建立ω(Cdwheat)的预测模型。结果表明:(1)研究区表层土壤呈中性偏弱酸性,ω(Cdsoil)含量范围为0.083~0.239 mg/kg,平均值为0.152 mg/kg,均低于《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中农用地土壤污染风险筛选值,属于优先保护类土壤;(2)依据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中ω(Cdwheat)限定值(0.1 mg/kg),小麦籽实Cd超标率为10%;(3)ω(Cdwheat)主要受表层ω(Cdsoil)控制,同时受到土壤钼(Mo)、铅(Pb)、砷(As)、钙(Ca)和镉(Cd)等元素有效态影响,另外,还受土壤理化性质(pH值和有机质)的影响。

黄土碳酸盐碳同位素环境意义讨论

黄土碳酸盐碳同位素广泛应用于第四纪气候环境变化的研究中,以往研究中多利用钙结核、次生碳酸盐或成壤碳酸盐,认为其反映了C_(4)植物的丰度。黄土高原碳酸盐碳同位素表现为黄土层高,古土壤层中低,即黄土层中C_(4)植物丰度高于古土壤层。然而,这样的结果和黄土有机碳同位素得到的结果矛盾,有机碳同位素的结果表明温度对C_(4)植物的分布起到了决定性作用。由于有机碳同位素对植物类型的反映更为直接而可靠,因此碳酸盐碳同位素反映C_(4)植物丰度存在疑问。对黄土高原黄土碳酸盐碳同位素的系统概括后认为,第四纪期间黄土碳酸盐碳同位素与C_(4)植物有直接联系,但C_(4)植物丰度不是唯一决定性的因素,碳酸盐碳同位素的指示意义存在复杂性。在黄土高原地区,植被发育程度、与大气CO_(2)交换程度、植被本身的碳同位素值的变化以及原生碳酸盐的影响等因素都会对碳酸盐碳同位素产生影响。由黄土碳酸盐碳同位素的讨论可延伸到不同土壤碳酸盐碳同位素揭示的环境指示意义,不同的土壤环境,其气候条件、植被类型及发育程度、大气CO_(2)的交换情况、微生物的活动及土壤次生碳酸盐受原生碳酸盐溶解的影响等因素都会对碳同位素产生不同程度影响,哪种或哪几种因素产生主要作用,在不同区域土壤环境中是不一样的。具体研究中需确定影响的核心因素,才能确定碳同位素的环境指示意义。

典型黑色页岩地区土壤风化速率及潜在生态效应研究

风化条件作用下,黑色页岩富含的重金属元素释放到周围环境中,会造成土壤重金属的超标富集,从而形成重金属地质高背景区。为了了解黑色页岩地质高背景区重金属风化富集过程和特征,本研究以浙西地区典型寒武系黑色页岩区土壤为研究对象,运用PROFILE模型定量计算土壤剖面化学风化速率,并以此评估重金属释放速率,同时对该地区的土壤重金属潜在生态效应进行了评估。研究结果表明,土壤的化学风化速率为62.95~412.62 mmol/(m^(2)·a),盐基阳离子(Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)和K^(+))的释放速率为97.47~806.16 mmol/(m^(2)·a)。黑色页岩土壤中碳酸盐含量的大小对风化速率强弱的影响比较大。研究区土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的平均释放速率分别为31.25、18.79、135.65、65.14、0.15、28.02和367.35 mmol/(m^(2)·a)。土壤的重金属浓度和盐基阳离子浓度(CBCt)对重金属释放速率的影响较大,盐基阳离子释放速率(RBC)对重金属释放速率的影响较小。研究区重金属综合潜在生态风险指数平均值为961.89,Cd的潜在生态风险指数最高,贡献率在53.44%~99.70%之间。

基于改进麻雀搜索算法优化BP神经网络的土壤有机质空间分布预测

土壤有机质是衡量土壤肥力的重要指标,提高区域有机质空间分布预测精度十分必要.利用黄河流域卫宁平原采集的1690个土壤表层(0~20 cm)有机质及自然环境、人类活动数据,通过1348个点采用经典统计学、确定性插值、地统计插值和机器学习的方法分别建立了土壤有机质空间分布预测模型,以342个样点数据为测试集检验分析不同模型预测精度.结果表明,卫宁平原土壤表层ω(SOM)的平均值为14.34 g·kg^(−1),1690个采样点土壤有机质变异系数为34.81%,为中等程度变异,呈现出东北部、西南地区含量低,中间黄河左右岸和地势平缓的黄河阶地相对含量高的空间分布趋势.4类方法的预测精度大小为:机器学习法>地统计插值方法>确定性插值方法>经典统计学方法.通过对比,基于改进麻雀搜索算法优化的BP神经网络预测精度最好,改进后的麻雀搜索算法具有更优的收敛精度,避免了陷入局部最优,防止了数据过拟合,具有较好的预测能力,该优化算法可以提高土壤有机质含量预测精度,在土壤属性预测上有良好的应用前景.