环境水体中烷基酚前处理技术研究进展

烷基酚化合物作为一类典型的环境内分泌干扰物,可在水环境中长期稳定存在,已成为国内外众多学者研究的焦点之一。通过调研近年来国内外环境水体中烷基酚污染状况,针对其前处理技术进行了综述,重点介绍了环境水体中烷基酚分析检测过程中常用的液液萃取、固相萃取、固相微萃取等前处理技术的原理、特点、影响因素及应用范围等。经梳理和分析相关文献,得出以下结论:1)烷基酚在国内外各类水环境介质中被广泛检出,浓度范围一般为未检出(ND)~几千ng/L,易吸附在水中悬浮物或胶体颗粒上,亟须建立可靠、高效、快速的前处理技术,为其在水体中的准确定性和定量分析奠定良好的基础;2)与固相微萃取和搅拌棒吸附萃取相比,液液萃取技术和固相萃取技术在回收率、精密度和稳定性方面更具优势,已被多个国家应用于水质烷基酚的标准分析方法中。未来应加强填料萃取容量和选择性、涂层耐用性、多种萃取技术联用等方面研究,以建立快速高效、微型化、无溶剂或少溶剂化、对环境友好、自动化的前处理技术;加强烷基酚化合物的管理,建议将其纳入水质质量标准、排放标准等。

工业废渣地聚合物注浆材料组分及性能增强的研究进展

注浆技术是将具有胶结能力的浆液注入地层的裂缝和空隙中,以达到加固和填充目的。目前注浆主要采用水泥基材料,其具有技术成熟、价格便宜、结石强度高、应用广泛等优点,但也存在析水率高、稳定性差、凝结时间长等缺陷。最为关键的是水泥材料生产耗能大且会排放大量CO 2,这加剧了全球的温室效应,不符合可持续发展的理念。近年来,以工业废渣为原料的地聚合物材料因其绿色、环保的特点,引起了学者的广泛关注,并逐渐被应用于注浆领域。地聚合物(Geopolymer)是利用化学碱激发技术(Alkaline activation technology,AAT),将粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣中的活性成分(Si、Al等元素)浸出,进一步重组化合形成的新无机胶凝材料。使用地聚合物作为注浆材料具有两大优势:(1)地聚合物的原材料来源广、造价低,可有效降低注浆工程的成本;(2)相比水泥材料,地聚合物材料具有耗能低、绿色环保等优势,可实现工业废渣有效回收再利用,减少CO 2大量排放,具有深远的环保和社会效益。目前,地聚合物注浆材料研究需解决两大难题:(1)浆材材料组分的优选—浆材的性能与材料组分硅铝源活性程度、碱激发程度等材料特性息息相关;(2)注浆材料的性能增强—针对不同注浆条件对地聚合物浆材的性能进行调整,以扩大地聚合物浆材的适用范围。本文从反应机理和性能特点出发,全面梳理了目前地聚合物注浆材料组分的选择和性能增强方式,利用统计学方法分析了地聚合物注浆材料配合比范围并推荐了范围,采用灰关联熵对各材料组分与抗压强度、流动度性能进行灰关联分析并给出了关联度排序,然后从原材料性质活化、浆材配合比优化和外加剂选择三方面概述了地聚合物注浆材料性能增强的方式。最后,提出目前地聚合物注浆材料研究中存在的问题,同时对地聚合物注浆材料的发展趋势进行了展望。

SBS-PU高黏高弹沥青材料组成及工艺参数研究

通过对基质沥青、聚氨酯(PU)、苯乙烯-丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等原材料的优选和分析,采用共混复合改性技术研发了一种新型的SBS-PU高黏高弹沥青.通过红外光谱(FTIR)、多应力蠕变恢复(MSCR)和动态剪切流变(DSR)试验,分析了SBS-PU高黏高弹沥青的改性机理、高温流变性能和储存稳定性.同时结合灰色关联熵分析及沥青性能变化规律,确定了改性工艺关键参数.结果表明:SBS与PU复合改性可有效提高沥青的黏弹性能,使其达到高黏高弹特性;SBS-PU复合改性过程兼具物理和化学改性;PU化学改性有助于SBS-PU高黏高弹沥青获得优异的高温流变性能和储存稳定性.推荐工艺参数为:剪切温度170℃,剪切速率4000 r/min,剪切时间50 min,发育时间60 min.

环保型路用融雪剂制备及其功效研究

针对现有传统除雪技术的滞后性和低效性等问题,笔者研发了一种环保型融雪剂(ZRX),增强沥青路面在冬季降雪期间的融雪化冰性能,选取工业废渣钢渣、氯化钠、偶联剂溶液、疏水剂制备不同组分比例构成的融雪剂,通过马歇尔试验,确定了融雪剂添加到沥青混合料配合比,并采用电子盐度仪测试融雪沥青混合料的盐分长期析出性能,最后通过不同强度的降雪检验融雪沥青混合料的融雪性能。研究结果表明:自研ZRX代替了级配中全部0.075~0.15 mm集料后经马歇尔试验发现,融雪沥青混合料的稳定度降低,流值偏大,但依然能够满足规范要求;ZRX在混合料中前48 h的盐分析出速率最快,且在加速试验中能持续析出;在持续大雪条件下ZRX试件的融雪性能有待提升,但在中雪条件下融雪效果明显,建议融雪沥青混合料使用环境为小雪到中雪。

监测环境空气醛酮用溶液标准样品的研制

为满足环境空气中醛酮类化合物分析监测质量要求,针对我国目前未有醛酮类溶液有证标准样品的现状,研制了乙腈中13种醛酮类混合溶液标准样品。通过研究高纯原料中主成分含量、水分和无机元素等杂质,利用质量平衡法确定纯度,使用高纯衍生物质制备以醛酮化合物质量计的混合溶液标准样品。研究建立了高效液相色谱法,对样品的均匀性、稳定性及标准值进行不确定度评估。结果表明,醛酮衍生物纯度为99.45%~100%,研制的乙腈中13种醛酮类混合溶液标准样品均匀性良好,在18个月冷藏保存条件下量值稳定,标准样品特性量值为10.0μg/mL,相对扩展不确定度为1.8%~4.6%。该标准样品可用于环境空气中醛酮类化合物分析监测的质量控制和质量保证。

7种指示性多氯联苯混合标准样品量值不确定度研究

分析并评估了异辛烷中7种指示性多氯联苯(PCBs)混合标准样品的量值不确定度。通过分析PCBs纯品中结构相似物、水分、无机物等杂质的含量,采用质量平衡法对PCBs纯品的纯度进行了定值。结果显示,7种指示性PCBs纯品的纯度为98.24%~99.92%,纯度不确定度为0.08%~1.28%。采用称量-容量法制备了各组分浓度均为50.0μg/mL的异辛烷中7种指示性PCBs混合标准样品,全面分析了各组分的量值不确定度来源,主要包括样品配制、均匀性和长期稳定性等引入的不确定度。结果表明,该标准样品中,7种指示性PCBs组分的合成扩展不确定度为0.7~1.7μg/mL。该标准样品量值准确且具有计量溯源性,可为我国PCBs相关国际履约监测和新污染物监测提供有效支撑。

全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

为探索钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备道路基层材料的可行性,利用工业固废胶凝潜力,开发地聚物稳定钢渣(GeoSS)基层材料,提出GeoSS混合料设计流程,并研究了不同硅铝质粉料剂量和碱用量对力学强度、干缩性能、碳减排效益、重金属浸出浓度的影响,最后利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM/EDS)分析了GeoSS混合料的地聚合反应和地聚物-钢渣界面特性。结果表明:GeoSS混合料具有优异的抗压强度和劈裂强度,总干缩系数远小于水泥稳定碎石C5,能够满足极重、特重交通的高速公路基层所需的承载能力和路用需求。相较于水泥稳定碎石C5,GeoSS混合料的碳排放当量最高可降低54.21%,具有显著的碳减排效益。地聚物胶凝产物通过物理吸附和化学结合,将固废原材料的重金属离子所封固,浸出液中Pb和其他重金属浓度分别满足Ⅳ级和Ⅲ级地下水标准,对道路周围环境的污染风险较低。粉煤灰和矿渣粉通过碱激发产生了水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝产物;同时在地聚物结合料的碱性条件下,钢渣集料表面水化速率加快并产生胶凝化,生成了晶体产物水化石榴石和无定形产物C(N)-A-S-H,该反应以水化反应为主,伴随微弱的地聚合反应。钢渣集料表面产生的胶凝产物,有助于填充和密实地聚物与钢渣的界面过渡区,从而产生更强的界面黏结能力,从而提高GeoSS混合料的路用性能。可见,利用钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备地聚物稳定钢渣用作道路基层材料是可行的,该研究可为固废基地聚物类基层材料的设计和应用推广提供参考。

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料,其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性,采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics,MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析,模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO_(2)、CaCO_(3)不同晶面的静态界面相互作用,并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明:CaCO_(3)各晶面表现出比SiO_(2)更强的表面能和表面浸润性,并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强,但CaCO_(3)晶面各向异性明显,性能稳定性不及SiO_(2)。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供,由于矿物界面静电作用及浸润特征,交互区水分子聚集,氢键作用明显,同时水分子与Ca^(2+)、Na+进行配位形成水合离子,有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长,增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中,地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段:第1阶段(0 nm<界面位移d<0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用,第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制,为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。

水质分析校准用锂溶液标准样品的研制

研究和制备了分析校准用锂溶液标准样品,用于环境监测和检测实验室的分析标准等相关用途。依据《标准样品工作导则》和《环境标准样品研复制技术规范》的技术要求,以经过纯度验证的高纯锂盐制备锂溶液标准样品,并对样話进行均匀性研究和稳定性考察。经检验,锂溶液标准样品均匀性良好,18个月内样品组分无显著性变化,稳定性良好;在实验室内用不同原理的检测方法对配制值进行验证,样品的量值与配制值一致性良好,标准值及扩展不确定度分别为500mg/L和±10mg/L,量值准确可靠。可用于实验室仪器校准、方法评价和质量监控等方面,满足环境监测及各行业检测实验室等领域相关分析测试的工作需求。