壳聚糖复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用

壳聚糖由于来源广、吸附性能强和可自然降解等优点成为备受关注的天然吸附剂。壳聚糖复合水凝胶(CCH)材料是以壳聚糖为主要原料,通过化学、物理等方法改性后得到的新型复合材料。介绍了化学交联、物理交联以及互穿网络等合成壳聚糖复合水凝胶的主要方法。综述了近年来使用CCH对工业废水中常见染料、重金属离子和其他常见污染物的吸附机理和处理效果,讨论了当前利用CCH在处理工业废水中各种污染物时存在的问题及解决方法。最后对CCH在合成方法、选择性吸附、回收利用和智能改性等方面进行了展望,为深入研究提高CCH材料性能及拓宽其在工业废水处理中的应用范围提供了思路。

磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭(Magnetic biochar,MBC)因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征(如形貌、比表面积、官能团等)和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。

氢氧化钠改性生物炭/凹凸棒石复合材料对铅、镉的吸附机理研究

利用水稻秸秆与凹凸棒石在缺氧条件下热解制备稻秆生物炭/凹凸棒石复合材料(BA),并通过氢氧化钠改性提升其吸附性能。通过吸附动力学、等温吸附及改变初始pH等吸附试验研究复合材料在Cd、Pb一元及二元污染体系中的吸附行为,并结合扫描电镜能谱(SEM-EDS)、比表面积及孔径分析(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段深入分析改性后复合材料对溶液中重金属Cd、Pb的吸附机理。试验结果表明氢氧化钠改性复合材料(NBA)对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附容量分别为117.05和274.65 mg·g^(-1),其去除效率比BA分别增加31.2%和51.7%。在二元金属体系中NBA吸附能力也明显优于BA,准二级动力学模型和Langmuir等温模型能更好地用于模拟吸附结果,表明该吸附主要为单分子化学吸附过程。此外,竞争吸附分析表明在Cd、Pb共存溶液中,与Cd^(2+)相比,Pb^(2+)更易被复合材料吸附。通过SEM-EDS、FTIR、XRD和XPS等表征方法确定了NBA对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附机制,主要包括其与表面含氧官能团的络合作用、与矿物质的沉淀作用及π-电子作用。综上,改性复合材料NBA在实际废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。

长江下游干流沉积物重金属特征及生态风险评价

【研究目的】长江下游干流沿岸分布众多取水口,为保障用水安全和生态环境健康,亟需了解近岸沉积物中重金属相关现状。【研究方法】调查过程中自上而下分左右岸共采集沉积物样品85组,利用描述统计分析重金属含量特征,综合相关性分析和主成分分析探讨重金属来源,采用地累积指数法、污染负荷法分析重金属污染程度,并评估其潜在生态风险。【研究结果】平均含量由高至低为Zn>Cr>Cu>Ni>Pb>As>Cd;上游至下游,Cu、Zn、Cr、Ni呈小幅波动增加趋势,As、Pb呈小幅波动下降趋势,Cd呈较大波动下降趋势;Cd的污染程度最重,主要来源于农业生产等人类活动,1~4级污染分别占比1.18%、1.18%、18.82%和34.12%,Cr和Ni为无污染,主要是工业生产源和地球化学自然源;中等污染程度(1≤PLI_(point)<2)的样点占比34.18%,潜在生态风险指数(RI)为19.48~388.62,轻微潜在生态风险、中等潜在生态风险、强潜在生态风险和极强潜在生态风险占比分别为38.82%、42.35%、17.65%和1.18%。【结论】长江下游干流沉积物中重金属含量较低,流域整体处于轻微—中等风险的无污染状态(PLI_(area)<1),右岸重金属平均含量、污染程度和潜在生态风险均普遍高于左岸。

湖南耕地土壤和稻米重金属污染防控实践与思考

湖南省是我国主要产粮区之一。由于矿产经济活动及其他人类活动,大面积耕地土壤受到重金属污染,从而一些地方的稻米重金属含量超过国家食品卫生标准。本研究对湖南省耕地土壤与稻米重金属污染现状和成因进行剖析。结果表明:湖南耕地土壤重金属污染特征是复合污染为主,污染程度逐年上升,主要分布在湘江流域和工矿区,并逐渐蔓延至养殖区,稻米重金属污染主要以Cd为主,其次是As和Pb。针对湖南稻米重金属污染的各种防控措施,阐述其工作原理、应用实例和优缺点,然后对湖南省开展的土壤重金属污染修复措施和研究进行总结与思考,提出应当构建一种基于土壤组成的原味钝化材料耦合易操作农艺措施的经济、绿色、高效的综合性技术方案,以期来修复耕地土壤重金属污染和降低稻米重金属含量,保障粮食安全生产。

淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA对Cu^(2+)的吸附性能研究

以玉米淀粉(St)、羧甲基纤维素钠(CMC)为原料,丙烯酸(AA)为接枝单体,通过接枝和交联反应合成了淀粉基水凝胶St/CMC-g-PAA。考察了投药量、pH、Cu^(2+)初始浓度(ρ0)、吸附时间对吸附效果的影响。结果表明,当ρ0=40 mg/L,投药量为300 mg/L,pH=5.2时,Cu^(2+)的去除率可达92.7%。实验数据拟合结果表明,水凝胶对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,属于单分子层的化学吸附过程。在25℃时,水凝胶对Cu^(2+)的饱和吸附容量qm=142.86 mg/g。水凝胶再生性能较好,经过4次吸附-脱附循环后,Cu^(2+)去除率仍可达到82.1%。

张掖盆地晚更新世至中全新世气候变化:孢粉学和重矿物学证据

为确定张掖盆地晚第四纪沉积地层时代和探讨其蕴含的古气候信息,笔者利用孢粉分析、重矿物分析、光释光测年等方法对研究区晚更新世以来气候变化特征进行了重建,并确认了当地全新世和晚更新世地层界限。结果表明:地层自下而上划分为4个孢粉组合带和植被类型及气候特征:①深度为56.8~26.4 m,年龄为112.7~63.3 ka,属末次间冰期,粉组合为松–板栗–藜–菊–蒿,针阔叶混交林草原植被,为晚更新世温暖较湿润气候。②深度为26.4~2.6 m,年龄为63.3~11.8 ka,与末次冰期相当,孢粉组合为松–麻黄–藜–蒿,植被类型为针阔叶混交林草原植被,为晚更新世干燥寒冷气候。③深度为2.6~0.8 m,年龄为11.8~8.9 ka,全新世早期,孢粉组合为松–藜–蒿,稀树针阔叶混交林草原植被,较凉较干气候。④深度为0.8~0.15 m,年龄为8.9~7.8 ka,全新世早期向中期过渡期,孢粉组合为松–藜–菊–蒿,稀树针阔叶混交林草原植被,为温暖较干气候。孢粉组合所揭示的晚更新世—中全新世气候变化特征,对于揭示张掖盆地甚至西北干旱区的古气候变化具有重要意义。

两种调理剂对水稻土pH值和重金属吸收的影响

探明两种调理剂对近中性水稻土pH值、重金属有效性和水稻吸收的影响,及其与土壤性质的关系,为调理剂的科学开发及合理施用提供科学依据。选取水淬高炉渣源调理剂(T1)及其腐殖质改性调理剂(T2),分别设置2个施用量梯度(T1L、T1H和T2L、T2H),通过盆栽试验分析了两种调理剂及不同用量对土壤pH值、有效硅、镉、锌、铜含量,以及水稻籽粒和秸秆镉、锌、铜含量的影响。与对照(CK)相比,2个施用T1调理剂处理土壤pH值分别升高0.64和1.02,2个施用T2调理剂处理pH值分别升高0.27和0.56(P<0.05),土壤pH值随调理剂施用量的增加而增加。T1L和T1H处理土壤有效硅含量与CK相比分别提高5和22倍(P<0.05),且显著高于施用T2调理剂处理。与CK相比,T1H处理土壤有效镉、锌、铜含量分别降低37.21%、45.57%和95.30%(P<0.05);T2L和T2H处理土壤有效锌含量分别降低31.55%和30.67%,有效铜含量分别降低6.53%和19.32%(P<0.05)。与CK相比,T1L和T1H水稻籽粒锌含量分别降低23.44%和18.12%(P<0.05);施用T2调理剂后,籽粒和秸秆锌、铜含量无显著变化。土壤pH值、有效硅含量与土壤有效镉、锌、铜含量呈显著或极显著负相关,土壤有效硅含量与籽粒、秸秆镉含量呈显著负相关。研究表明,在近中性水稻土上施用富含硅的强碱性调理剂,既有利于提高土壤p H值和有效硅含量,又可有效降低土壤重金属有效性及其水稻吸收量。

生物炭富集-电感耦合等离子体质谱法测定海水中的痕量铅铜

海洋环境中的重金属污染备受关注,准确测定海水中的痕量重金属,对保护海洋环境和人类健康具有重要意义。海水样品的高盐和重金属痕量浓度等特点给仪器分析带来巨大挑战,直接准确测定高盐基质中的低含量重金属元素是非常困难的,须经前处理去除海水中的大量盐分,并对待测元素进行富集,从而消除基体干扰,降低检出限。为实现海水中的痕量铅和铜的绿色分离与快速检测,本文采用吸附脱附的方式,将海水中铅和铜富集在椰壳生物炭上,再用超纯水反复冲洗生物炭,除去盐分基质,经硝酸溶解脱附,脱附液用0.45μm滤膜过滤后利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,建立了生物炭富集ICP-MS测定海水中铅和铜含量的方法。两种金属元素在0.10~100μg/L范围内线性关系良好,线性相关系数均大于0.9995。海水中铅和铜,方法检出限分别为0.005μg/L和0.006μg/L,测定下限分别为0.020μg/L和0.024μg/L,满足《海水、海洋沉积物和海洋生物质量评价技术规范》(HJ 1300—2023)规定的海水质量评价要求。海水样品加标回收率在96.1%~102.3%范围内,相对标准偏差小于5%。本方法操作简便、分析成本低、绿色环保,更适合于基层海洋监测应用,也可用于高矿化度基体样品的水质监测。

纳米N-A降黏剂的制备及性能评价

针对普通纳米降黏剂对特稠油降黏效果差、洗油效率低等问题,制备了纳米N-A降黏剂,采用FTIR,TEM等方法表征了降黏剂的微观结构,考察了降黏剂的降黏效果、界面张力以及洗油效率。实验结果表明,纳米N-A降黏剂组成为:50%(w)纳米二氧化硅溶胶+40%(w)分散剂EB-1+4.2%(w)表面修饰剂+5.8%(w)增效剂。该降黏剂分散性能良好,粒径分布在20~60 nm之间,在降黏剂含量为1%(w)、油水质量比为7∶3、200℃,矿化度为0,8829.26 mg/L条件下老化48 h,特稠油降黏后黏度分别为6280,7213 mPa·s,降黏率分别达到83.77%,81.36%,降黏性能保持率分别为96.80%,95.39%。50℃下静置90 d后降黏性能保持率大于90%,可降低油水界面张力至0.076 mN/m,乳化液滴最大粒径9.5μm,洗油效率为30.9%,相对普通降黏剂,驱油效率提高22.3百分点。

稠油乳化黏度测量曲线与乳液特性的关系

稠油化学驱过程中降黏剂浓度对稠油乳化影响明显,通过测量不同浓度降黏剂的稠油乳状液黏度-时间曲线,以黏度、降黏率为指标分析了黏度曲线与乳液特性的关系。结果表明,当降黏剂的浓度远大于临界乳化浓度时,形成稳定O/W乳状液,黏度低、降黏率大于95%。当降黏剂的浓度大于临界乳化浓度时,形成O/W乳状液,而后随着表面活性剂向油相的迁移,油滴聚并、分层。当降黏剂的浓度与临界乳化浓度相当时,乳状液油O/W转化为W/O,黏度大幅度提高。当降黏剂的浓度小于临界乳化浓度时,只能形成W/O乳状液。

重金属污染水体背景下的底质反射率光谱特征及其对离水反射率贡献影响分析

水体重金属遥感反演是水环境遥感领域中的难题,目前仍有相当多的基础性问题有待解决,而浅水区底质对离水反射率贡献规律是将来遥感反演模型精度其中一个重要影响因素,尤其在重金属污染这种特殊的背景下,揭示其贡献规律对提升水体重金属遥感模型精度有重要作用,测量结果对研究重金属尾矿底泥的反射率光谱特征以及区分常见水底底质有参考意义。首先利用光谱仪测量获得广东大宝山尾矿底质反射率,发现其在波长755、 1 280、 1 620和2 200 nm存在反射峰,有明显光谱特征,并与河床常见的粗沙、淤泥和石头三类底质反射率进行了对比分析,结果表明:一方面,粗沙和淤泥反射率呈一缓慢上升的曲线,与存在多个特征反射峰的矿区底泥有明显区别;另一方面,石头反射率则在波长范围550~650 nm出现一个宽而扁平的反射峰后随即在波长675 nm处出现波谷然后增大至波长750 nm后趋于平缓,其特征波长与矿区底泥均不一样。上述特征波长可作为重金属污染背景下底泥光谱的重要区分波段。测量水深为1 cm、 10 cm和深水区的离水反射率,结合水质遥感模型计算出1 cm水深情况下底质反射光、水体散射光,并将其对离水反射率贡献进行讨论。离水反射率测量结果表明,底质对浅水区影响极大,随着水深变浅,离水反射率总体不断被抬升。而水底反射光和水体散射光对离水反射率贡献规律则以波长515 nm为分界线,向短波方向以水体散射光贡献为主,向长波方向则以水底反射光为主,贡献量由底质反射能力和水体散射能力共同决定。对考虑了底质反射光后的遥感模型精度进行评价,模型计算得到波长范围350~950 nm内的离水反射率与野外测量值对比结果,二者具有显著的线性相关(R^(2)=0.964 2),相对误差在波长范围560~830 nm低于10%,甚者可低于5%,模型总体模拟精度较好,远比在不考虑底质影响时精度高,模型满足将来水中重金属遥感反演要求。研究结果对今后水体重金属遥感反演时处理底质影响提供了重要的参考数据和理论依据,有助推动该领域进一步发展。

纳米材料在食品重金属离子快速检测中的应用研究进展

纳米材料因具有比表面积大、良好稳定性、特殊的结构、易于修饰、良好的生物相容性等优点,已被广泛应用于食品中重金属离子检测领域。文章重点综述了碳纳米管、石墨烯、碳量子点、金属有机骨架、纳米酶等纳米材料在食品中重金属离子检测方面的研究与应用现状,并展望了纳米材料在食品中重金属离子检测领域面临的挑战和应用前景。

基于Web of Science对土壤胶体影响重金属行为研究的计量分析

为全面了解土壤胶体影响重金属行为方向的研究现状和前沿动态,基于Web of Science(WoS)核心合集数据库,利用WoS自带分析工具、HistCite引文图谱分析软件、VOSviewer和Citespace可视化分析软件对1990—2021年间土壤胶体影响重金属行为的文献进行了计量分析。结果表明,在世界范围内该方向的发文量逐年稳步增长,我国相关研究起步较晚,但近些年呈现迅猛发展的势头。目前土壤胶体影响重金属行为研究发文量最多的国家和研究机构分别是美国和中国科学院,发文量最高的期刊为Environmental Science&Technology,主要研究学科为环境科学与生态学的交叉学科。关键词聚类分析显示“土壤胶体颗粒粒径分级与重金属的形态分布”、“土壤胶体的释放、沉积及对重金属的吸附作用”和“土壤胶体颗粒的迁移机制与迁移模型研究”为主要的研究主题,人工纳米颗粒在土壤中的行为、迁移转化以及生物有效性是现阶段的研究热点。利用场流分离技术结合单粒子电感耦合等离子体质谱等技术,探讨土壤胶体与人工纳米颗粒之间发生的复杂相互作用及其对人工纳米颗粒迁移归趋与环境命运的影响,是未来的主要研究方向。

“23·8”黑龙江极端强降水过程特征与成因

利用多源观测资料及ERA5(ECMWF reanalysis version 5)再分析资料,从气候统计、天气分析及物理量诊断等角度,分析2023年8月2—4日黑龙江省东南部一次极端强降水过程。高空持续辐散、副热带高压和东北北部冷涡稳定少动、西南低空急流持续水汽输送等有利条件是此次强降水过程持续时间较长的主要原因。该过程可分为两个阶段:第1阶段,经向水汽净收入层和大气饱和层深厚,大气层结为弱对流不稳定;中层受西北气流控制,低层西南急流发展、伴随弱低涡东移,形成水平风速辐合及系统性上升运动,产生大范围持续性降水;该阶段以层积混合云为主,降水效率高,个别时段伴有列车效应,造成极端小时降水量及较大累积降水量。第2阶段,经向水汽净收入集中在对流层低层,且中心强度较大,对流层低层暖湿、饱和,中高层干冷,大气具有较强对流不稳定;在中层槽和低层暖式切变的系统性抬升以及地形辐合抬升的共同作用下,局地有积云发展,引发短时强降水,降水强度分布不均。

基于蚯蚓密度调控污泥堆肥重金属有效性研究

目的为探讨不同蚯蚓投放密度对污泥中重金属有效性的影响,为污泥蚯蚓堆肥提供新思路。方法以不同密度赤子爱胜蚓(0,10,20,40条)和0g,25g,50g稻壳为添加剂对2kg污泥进行堆肥,探究不同蚯蚓投放密度下生活污泥重金属有效性变化。结果在一定稻壳添加量下,随蚯蚓密度增加,污泥pH(酸碱度)、OM(有机质)、TN(总氮)、TP(总磷)降低,EC(电导率)增加,随稻壳添加量逐渐增加,与蚯蚓协同作用下污泥pH、OM、TN、TP继续降低;在一定稻壳添加量下,随蚯蚓投放密度增加,污泥Cu、Zn、Pb、Cd总量降低,其中,50g稻壳协同40条蚯蚓堆肥时,Cu、Cd总量降低幅度达到最大,分别为34.04%、35.85%;在一定稻壳添加量下,随蚯蚓投放密度增加,污泥有效态Cu、Zn有升高趋势,有效态Cd有所降低,有效态Pb显著降低(P<0.05),其中,50g稻壳协同40条蚯蚓堆肥时,对污泥中Pb有效性钝化效果最显著,降低达到42.43%;通过相关性和回归分析可知,蚯蚓投放密度增加,通过改变EC影响Cu有效性、改变TN和TP影响Pb、Zn和Cd有效性。结论50g稻壳协同40条蚯蚓共同处理污泥时,对污泥中重金属活性降低效果最佳。

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定有机肥中镉、砷、汞、铅、铬含量

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定,比较湿法消解30 min,湿法消解至近干和微波消解等不同前处理方法对有机肥料中镉、砷、汞、铅、铬元素的提取效果,建立了一种基于ICP-MS测定有机肥料多种重金属元素含量的方法。结果表明:湿法消解至近干和微波消解法对有机肥多元素成分分析标准物质(RMH-F001)中5项重金属含量的测试结果均满足标准要求,方法定量值、标准值偏差分别低于6.3%、5.7%;硝酸/过氧化氢体系-微波消解处理下,样品结果稳定性最佳,相对标准偏差为0.8%~6.8%,相对偏差为1.1%~9.0%,相对相差为2.2%~18.0%,加标回收率为99.4%~102.9%。硝酸/过氧化氢体系-微波消解-ICP-MS法可作为有机肥中5项重金属统一化测定的常规方法。

发泡聚苯乙烯微塑料中含锌添加剂的释放行为

为了探讨微塑料重金属添加剂在环境中的释放规律和影响因素,以未老化和紫外(UV)老化发泡聚苯乙烯(EPS)微塑料为研究对象,在3种模拟环境(淡水、海水和胃液)下,通过释放动力学、累积释放实验以及正交试验开展锌(Zn(Ⅱ))添加剂的释放行为研究.结果表明,UV老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的释放能力要大于未老化的EPS微塑料,淡水、海水和胃液中UV老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的平衡释放量分别为(29.45±4.38),(87.41±5.18)和(109.94±3.18)μg/g,而未老化的EPS微塑料Zn(Ⅱ)的平衡释放量分别为(20.90±0.46),(85.89±0.51)和(108.92±1.17)μg/g,这说明UV老化可以促进其Zn(Ⅱ)添加剂的释放,胃液和海水环境更有利于Zn(Ⅱ)的释放.EPS微塑料中含Zn(Ⅱ)添加剂的释放更符合伪二级动力学模型,表明Zn(Ⅱ)从塑料中的释放受界面反应和塑料表面的扩散控制.3种模拟环境下,通过多次更换浸提液EPS微塑料中的Zn(Ⅱ)几乎可以被完全释放.pH值、粒径和老化时间是EPS微塑料Zn(Ⅱ)添加剂释放的主要因素.

基于土柱模拟降雨对铜尾矿重金属淋溶进入下伏土壤的生态风险研究

为探究铜尾矿重金属释放对环境的影响,通过动态淋溶实验,配置初始pH=7.2的人工模拟雨水为淋滤液,采用柱状淋溶装置进行尾矿重金属淋出实验,探究中卫某铜尾矿重金属的淋溶释放特征,评估尾矿重金属淋溶的生态风险.结果表明,尾矿中Cu、Zn、As、Cd和Pb平均质量含量分别为2130.30、105.10、234.41、0.72和64.57mg·kg^(-1),均超出宁夏土壤重金属元素背景值.淋溶10次后,尾矿中Cd、Zn、Pb、As、Cu等重金属的释放率分别为1.98%、0.32%、0.30%、0.15%、0.01%,即Cd的释放率最高.淋溶后,尾矿重金属质量含量明显下降,其中0~5cm深度尾矿重金属含量下降最多,As的释放量最大,重金属向下层迁移明显.尾矿中Cu、Pb、Cd和Zn主要淋失碳酸盐结合态,As主要淋失可交换态,As和Cd的淋溶风险较高.Cu是尾矿重金属中关键的生态风险因子,尾矿中Cd和Cu为高风险,As、Zn和Pb为中风险.

重离子辐射对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管低频噪声特性的影响

采用^(181)Ta^(32+)重离子辐射AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,获得器件在重离子辐射前后的电学特性和低频噪声特性.重离子辐射导致器件的阈值电压正向漂移、最大饱和电流减小等电学参数的退化.微光显微测试发现辐射后器件热点数量明显增加,引入更多缺陷.随着辐射注量的增加,电流噪声功率谱密度逐渐增大,在注量为1×10^(10)ions/cm^(2)重离子辐射后,缺陷密度增大到3.19×10^(18)cm^(-3)·eV^(-1),不同栅压下的Hooge参数增大.通过漏极电流噪声归一化功率谱密度随偏置电压的变化分析,发现重离子辐射产生的缺陷会导致寄生串联电阻增大.