污废水中污染物去除的功能材料研究进展:元素物质-合成改性-工艺工程的尺度效应

污废水中的有机污染物、重金属离子和病毒性微生物等造成了严重的水环境污染,对人体健康和生态系统也造成严重威胁,有效控制污废水的风险成为保护环境和可持续发展的重要研究方向。环境功能材料作为一类具有污染物净化效果的辅助性手段,在降低水污染风险中展现出巨大的科技潜力。本研究探讨元素物质的选择、合成改性策略和工艺工程的优化3个尺度层面的现状与发展;以碳元素、硅元素和金属元素为例,介绍新型功能材料的特征;从溶剂热法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、化学气相沉积法、绿色合成法以及表面功能化改性讨论了合成技术策略;关于工艺工程应用方面,固定床-吸附床-流化床、电场-光场-磁场、物理-化学-生物、循环-再生-处置和协同放大效应等的产业生产/连续运行方面值得关注;在性能、经济性、环境影响和可持续性方面进行评价,强调了安全-稳定-长效-满负荷-优化的工艺工程技术应用目标。未来的环境功能材料发展应聚焦3D打印材料在污废水处理中的应用、智能工艺和智慧管理、群体感知和信息诊断以及场域效应和量子探针等技术方向的结合,在水质改善-材料功能挖掘-可持续循环发展方面提供新的技术领域。

青海省锡铁山铅锌矿成矿元素物质场结构及深部找矿潜力

青海省柴达木盆地北缘锡铁山铅锌矿是我国大型的喷流沉积型(SEDEX)矿床,赋矿围岩主要是大理岩和片岩,浅部主要为大理岩型矿体,深部主要为片岩型矿体。系统描述了不同矿石类型中铅锌矿体与黄铁矿的空间共生关系、矿体空间形态三维变化规律;利用局部奇异性分析方法、相关性分析方法对矿区Pb、Zn、Ag、Au等成矿元素物质场结构特征及变化趋势进行了系统分析,2种分析方法均可表现元素物质场不同的结构特征,即:Pb、Zn、Au元素整体上沿着矿体的侧伏方向仍然有明显的向深部富集的趋势,且不受大理岩的影响,在片岩中物质场所反映的元素富集程度依然很强;Ag元素整体上从浅部到深部在矿化空间内均有明显的不连续富集特征。锡铁山铅锌矿水平方向上元素分带由远至近(由西向东)依次为Mn-Fe-S-Ag-Pb-Zn-S-Au,垂向上元素分带由上到下依次为Mn-S-Ag-Pb-Zn-S-Au,同时系统研究了成矿元素物质场中元素富集结构的变化规律,分析讨论了锡铁山深部找矿潜力。

线叶金雀花茶中矿物质元素含量测定及饮用安全性分析

分析线叶金雀花茶的饮用安全性,为其加工和质量控制提供参考。采用电感耦合等离子体发射光谱法(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy,ICP-AES)测定线叶金雀花茶中的钾、钙、钠、镁、磷、铁、锌、锰、铜、砷、铅、镉12种矿物质元素含量,并研究基于冲泡时间和冲泡次数对矿物质元素溶出率的影响,探讨其饮用安全性。结果表明:中国、南非2种不同产地的样品中矿物质元素含量排序均为钾>钠>钙>镁>磷>铁>锰>锌>铜,波兰样品中矿物质元素的含量排序为钠>钾>钙>镁>磷>铁>锰>锌>铜,砷、铅、镉在三种样品中均未检出,三种样品中铁元素含量差异显著(P<0.05),除铁元素外,南非和波兰的线叶金雀花茶中矿物质元素的含量无显著差异(P>0.05)。通过对矿物质元素的溶出特性进行探讨,线叶金雀花茶可在90℃、冲泡5 min条件下,冲泡2次;在此条件下,人体通过饮用线叶金雀花茶摄入过量钙、磷、铁、锌、铜、锰、砷、铅、镉元素的风险较低。鉴于矿物质元素摄入量的可获得性和可承受性,线叶金雀花茶能补充少量的矿物质元素,是一种良好的饮品原料。

牦牛犊牛体内矿物质元素钙、磷、钠、钾、镁沉积分布规律

试验旨在探究40~90 kg牦牛犊牛体内主要常量矿物质元素分布规律。选取35头体重(46.40±6.50)kg、日龄(60±3)d、健康的牦牛公犊牛为试验动物,随机等分为5组,即起始屠宰组(BL),中期屠宰组(M),终末期屠宰的高饲喂组(自由采食,AL组)、中饲喂组(70%自由采食,IR70)和低饲喂组(40%自由采食,IR40)。试验各组犊牛按不同生长阶段饲喂一定量代乳粉,同时自由采食苜蓿干草和开食料;高饲喂组、中饲喂组和低饲喂组犊牛在同期饲喂等量代乳粉基础上,分别按自由采食、70%采食量、40%采食量补充饲喂苜蓿干草和开食料,精粗比均为3∶7。根据试验不同时间点每组随机选取5头牦牛进行屠宰采样,测定体内各组织中的主要常量矿物质含量,分析获得钙、磷、钠、钾、镁在牦牛犊牛体内沉积分布规律。结果表明:(1)内脏(含血液)、脂肪组织中的干物质含量随体重增加而增加,且AL、IR70组和IR40组均高于M组和BL组。(2)钙主要分布在骨骼(98.14%);磷也主要分布在骨骼(86.19%),在肉和内脏(含血液)中有少量分布;钠元素35.69%分布在骨骼中,18.39%分布在牛皮,17.81%分布在内脏(含血),16.22%分布在肉中,其余少量的钠分布于脂肪和毛中;钾在肉中分布量最大,为41.65%,在内脏(含血液)中的含量为36.41%,牛毛(8.21%)、牛皮(6.04%)和骨骼(5.26%)中钾含量也较为丰富,在脂肪中的含量(2.43%)较少;72.81%的镁分布在骨骼中,在肉中的含量为13.76%,在内脏(含血液)和牛毛中含量相近,剩余少量分布在牛皮和脂肪中。综上得出,牦牛犊牛体内主要常量矿物质元素沉积量随体重和饲喂量增加而增加;钙、磷、钠、镁主要分布于骨骼中,钾主要分布于肉中,在软组织和牛毛中含量也较为丰富;各主要常量矿物质元素在脂肪中分布均匀,且含量较少。

60份不同种质宁夏枸杞干果品质及矿物质元素综合评价分析

基于宁夏枸杞干果品质及矿物质元素含量差异与相关性研究,建立综合评价体系筛选优良种质,为枸杞品质育种提供理论基础。以60份种质的干果为材料,测定16项品质及矿物质元素指标含量,采用变异系数、相关性分析和因子分析筛选核心评价指标,利用层次分析、灰色关联分析和聚类分析构建枸杞干果品质综合评价体系。结果表明,不同种质营养成分、常量元素和微量元素含量存在显著性差异,总糖含量、甜菜碱含量与Zn含量,多糖含量与Fe含量,类胡萝卜素含量与Mg、Se含量,黄酮含量与B、Zn和Ca含量,脂肪含量与Se、Mg含量呈极显著正相关(P<0.01);总糖含量与类胡萝卜素含量,蛋白质含量与Zn含量呈极显著负相关(P<0.01);因子分析筛选出9项核心指标,前8个因子累积贡献率为85.591%;层次分析将这9项核心指标分成营养因子、常量元素因子和微量元素因子三类,核心指标综合权重分别为多糖(0.138)、类胡萝卜素(0.269)、黄酮(0.373)、脂肪(0.220)、Ca(0.474)、Mg(0.606)、Fe(0.394)、B(0.123)、Se(0.403);欧氏距离为8.63时将60份种质分为五大类,因子分析法和灰色关联分析法皆筛选出‘宁农杞3号’、‘宁农杞9号’、‘14-06-11-12’、‘14-02-03-21’和‘14-04-03-13’为优良种质。宁夏枸杞种质干果品质及矿物质元素综合评价分析,初步揭示了干果品质与常/微量元素含量间的关系,筛选出了5种优良种质。

泌乳期对德州驴乳和血液中矿物质元素含量的影响

试验旨在研究泌乳期对德州驴乳和血液中的矿物质元素含量的影响,选取年龄、体重和预产期相近的9头德州驴,在不同泌乳期采集驴乳和静脉血液样品,采用微波消解前处理,电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定样品中的常量元素K、Ca、Na、Mg和P,微量元素Zn、Mn、Ni、Se、Sr、Cu、Sb、Cr、Cd、Fe、Li、V、Co和Ba,以及重金属元素As、Pb和Hg的含量;采用Pearson法分析矿物质元素之间的相关性,并绘制驴乳和血液中矿物质元素的指纹图谱。结果表明:随着泌乳期的延长,驴乳中矿物质元素含量逐渐降低,差异显著(P<0.05);血液中各元素含量变化不大(P>0.05),在驴乳和血液中各元素均在初乳期含量最高,常量元素K、P和微量元素Sr、Fe的含量要高于同期同类型其他元素。说明该试验建立的ICP-MS法可以实现驴乳和血液中22种矿物质元素的高通量快速测定,泌乳期对驴乳中矿物质元素影响显著,对驴血液中矿物质元素影响不明显,各元素相关关系研究和指纹图谱的建立可为幼驴饲养和驴乳制品的快速溯源提供理论参考。

不同燕麦品种全株矿物质元素含量及营养成分分析

试验分析不同燕麦品种全株的矿物质元素和营养成分含量,旨在筛选高质量的反刍动物饲料来源。选取7个燕麦品种(白燕13号、悍马、优牧1号、凯撒、摩根、莫妮卡、陇燕5号),采用近红外光谱分析仪对供试燕麦品种全株的矿物质元素和营养成分含量进行测定。结果显示,悍马、白燕13号、优牧1号、莫妮卡的Ca、P、Mg、K 4种矿物质元素含量较高;陇燕5号和莫妮卡的粗蛋白含量较高;凯撒和莫妮卡的粗脂肪含量较高;陇燕5号和莫妮卡的粗灰分含量较低;莫妮卡的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量最低。研究表明,莫妮卡的矿物质元素含量丰富,粗蛋白和粗脂肪含量较高,粗灰分含量较低,产能高于其他品种,可作为反刍动物优质的饲料来源。

基于矿物质元素指纹分析技术的浦城大米产地溯源研究

通过分析浦城大米、江西地区大米、湖北地区大米、湖南地区大米和福建地区(除浦城以外)大米中25种矿物质元素质量分数特征,筛选出14种差异显著的矿物质元素,并比较主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)对矿物质元素的降维效果,发现经过PCA降维后的线性判别分析(LDA)结果优于OPLS-DA,进而建立了“差异分析+主成分分析+判别分析”的浦城大米产地溯源模型,筛选出钒(V)、钴(Co)、砷(As)、铷(Rb)、银(Ag)、铯(Cs)等6种特征矿物质元素,判别模型回代检验的整体正确判别率为98.1%,交叉检验的整体正确判别率为97.1%。该模型能准确识别浦城大米,为浦城大米的产地溯源和质量控制提供了参考。

品种和生育期对紫花苜蓿的生产性能、营养品质和矿物质元素的影响

试验分析品种和生育期对紫花苜蓿的生产性能、营养品质和矿物质元素的影响,从而确定赤峰地区高产优质的紫花苜蓿品种及最适生育期。研究以7个引进的紫花苜蓿品种作为研究材料,比较7个品种的现蕾期、初花期和盛花期的生产性能和营养品质的差异。结果表明:随着生育期的推进,株高呈现增加趋势,盛花期的株高显著高于现蕾期和初花期(P<0.05);WL168和金皇后初花期的干草产量较高。粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)和总可消化养分(TDN)含量随着生育期的推进呈现降低趋势,除了阿尔岗金和猎人河品种,其他品种现蕾期和初花期的CP含量均显著高于盛花期(P<0.05)。而中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)含量和相对饲用价值(RFV)随着生育期的推进而增加,54V09的NDF和ADF含量均低于其他品种,54V09品种初花期的RFV显著高于除了55V12以外的品种(P<0.05)。随着生育期的推进,各矿物质元素均呈现降低趋势。现蕾期的Ca、Mg、S、P、K元素含量显著高于盛花期(P>0.05)。现蕾期,54V09品种的Ca、Mg、S元素的含量最高,55V12品种的P、K元素的含量最高。通过分析3个生育期的7个品种各指标的均值,并利用隶属函数法进行综合评价,得出现蕾期品质最佳。不同紫花苜蓿品种的营养品质排名依次为:54V09>55V12>WL168>三得利=猎人河>金皇后=阿尔岗金。研究表明,在赤峰阿鲁科尔沁地区,现蕾期收获可以获得高产优质的饲料,54V09和55V12品种适合在赤峰地区推广种植。

矿物质元素摄入量对畜禽健康的影响分析

矿物质不是畜禽生长、生产的能量来源,但矿物质元素在畜禽生长过程中起着极其重要的作用。矿物质元素是动物组织器官的重要组成部分,如钙、磷是组成骨骼的重要成分;矿物质元素参与动物体多种酶的合成,与碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸代谢密切相关;矿物质元素参与动物体体液酸碱度(pH值)的调节,在保持机体酸碱平衡方面取着关键性作用;矿物质元素保持体液(血液、淋巴液)渗透压的平衡,以维持畜禽正常生命活动。某些矿物质元素缺乏可引发一系列代谢性疾病,给畜禽养殖生产造成不可估量的经济损失,但矿物质元素过量添加,也会带来严重的危害,甚至引起畜禽慢性中毒。因此,根据不同种类的动物和动物不同生长阶段对矿物质的需求标准,科学合理添加矿物质饲料,才能保证畜禽健康生长。

ICP-MS法同时测定垫江县地产铁皮石斛中10种矿物质元素

本研究建立了一种电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同时测定垫江县地产铁皮石斛中10种矿质元素:钙(Ca)、镁(Mg)、钾(K)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、硒(Se)、镍(Ni)、锶(Sr)含量的方法,旨在了解垫江县地产铁皮石斛中对人体有益元素的含量,为食药物质铁皮石斛的加工和食用提供参考。

矿物质元素在猪饲料中的平衡配比及其生理效应研究

矿物质元素在猪饲料中的平衡配比对于猪的生长、繁殖和健康具有重要作用。本文综述了主要矿物质元素(包括钙、磷、钾、钠、镁等)的生理功能及其在猪饲料中的适宜配比。研究表明,矿物质元素之间的相互作用会显著影响其吸收和利用,因此,在饲料配方中保持适当的平衡至关重要。此外,本文还讨论了矿物质元素缺乏或过量对猪只健康及生产性能的影响,旨在为饲料配方设计提供理论依据和实践指导。

基于“证据推理”建构“物质的元素组成检测”模型的教学探索——以“乙醇的元素组成检测”教学为例

“证据推理与模型认知”是化学实验探究过程中不可或缺的高阶思维品质,物质的元素组成检测是初中化学实验探究教学中发展“证据推理与模型认知”素养的典型主题单元。“乙醇的元素组成检测”安排在蜡烛、水、甲烷等物质的元素组成检测之后,以之为逻辑起点,进一步发展“证据推理与模型认知”素养值得进一步研究。在“乙醇的元素组成检测”教学中,尝试通过“烧杯倒扣收集法检测乙醇中的C、H元素”“锥形瓶收集法检测乙醇中的C、H元素”“手持技术数字化实验法检测乙醇中的C、H元素”“进一步检测检测乙醇中的O元素”等四个子任务探索基于“证据推理”建构“物质的元素组成检测”模型的教学实施。该案例的设计及实施基于“证据推理”视角设计实验方案,使结论推理更严谨;基于“证据严谨”视角改进实验方案,使思维提升更深入;基于“可视化”视角改进实验结果输出,使结果呈现更科学。

利用ICP-OES和AAS测定18种辣椒中矿物质元素的对比探究

分析了国内市场上常见的18种辣椒中19种矿物质元素的含量,其中使用湿消解和干灰化两种消化方法对辣椒样品进行前处理,再用电感耦合等离子体发射光谱法对18种元素进行检测,和用原子吸收分光光度法对钾元素进行检测。各元素的标液线性曲线的相关系数都大于0.99,两种消化方法测出的样品数据结果相近,干灰化法的实验效果优于湿消解法。检测结果可以评判所测辣椒的营养价值及其安全性,给人们的日常选购辣椒提供科学的参考。

ICP-MS测定宁夏生鲜乳中多种矿物质元素

本研究采集宁夏12个养殖重点县区114个牧场的荷斯坦奶牛混合奶罐奶样,利用电感耦合等离子体质谱仪测定生鲜牛乳中钙、铁、锌、硒等9种矿物质元素含量,对其差异性进行评价,探明宁夏牛奶富硒富锌富钾富铜的显著特异性品质,为“宁夏牛奶”品牌创建、标准化生产提供技术支撑。

两个西番莲种果实外观品质及矿物质养分评估

对橙果西番莲和苹果西番莲果实的外观品质与矿物质元素进行测定及比较分析,为这2个西番莲种的开发利用提供参考。结果表明:橙果西番莲果实成熟时为橙黄色,果形较大,单果较重,可食率为47.29%,固酸比为10.13;苹果西番莲果实成熟时为黄绿色,果形偏小,单果偏轻,可食率为56.19%,固酸比为6.75。橙果西番莲果汁中钾、硅、硒等元素含量极显著高于苹果西番莲,磷、锰元素含量显著高于苹果西番莲;镁、钠、铁、锌、钼、铜等元素的含量二者没有显著差异。橙果西番莲果汁含钾量高达426.18mg/kg,是香蕉钾含量的12.3倍;橙果西番莲和苹果西番莲果汁中的铁、锌的含量分别是香蕉、芒果、荔枝、龙眼、菠萝和榴莲的54.5~438、52.5~506.5倍。与目前常见西番莲栽培品种黄金果、台农和紫果1号相比,橙果西番莲和苹果西番莲的铁含量相对高些,分别是这3种常见栽培种含量的1.5~1.9、1.8~2.2倍。因此,橙果西番莲和苹果西番莲含有丰富的矿物质营养,具有被开发为保健食品或功能性饮料等产品的潜力,二者可作为特色优质新品种的研究对象。

六种柚果不同部位矿物质元素、总酚、柚皮苷含量测定及抗氧化活性研究

比较研究6种柚果(沙田柚、四季柚、黄肉蜜柚、红肉蜜柚、白肉蜜柚、三红蜜柚)的外皮层、中皮层、囊衣、汁胞4个部位的矿物质元素、总酚、柚皮苷含量及抗氧化活性差异。采用福林酚比色法、高效液相法、火焰原子吸收光谱法分别测定总酚、柚皮苷、矿物质元素含量;以DPPH法、ABTS法和普鲁士蓝法分别测定6种柚子4个部位95%(体积分数)乙醇提取物的自由基清除能力和铁离子还原能力。结果表明,矿物质元素中Mg和Ca元素含量较高,Mg元素最高可达(25349.50±1.03)μg/g DW(三红蜜柚外皮层)、Ca元素最高可达(14704.50±1.08)μg/g DW(三红蜜柚外皮层);黄肉蜜柚外皮层总酚含量最高,达(6.14±0.31)mg GA/g DW;黄肉蜜柚中皮层柚皮苷含量最高,达(11.95±0.06)mg/g DW。综合抗氧化活性指数表明,外皮层抗氧化活性最强的品种是黄肉蜜柚,其他部位抗氧化活性最强的品种均是四季柚。相关性分析显示,总酚、柚皮苷的含量与ABTS阳离子自由基清除能力均呈显著性正相关(P<0.01)。该研究可为柚类资源的开发利用及品质评价提供参考依据。

芝麻不同组织中矿物质元素分布特征及相关性分析

为探明芝麻不同组织中矿物质元素含量的分布特征,本研究采用电感耦合等离子发射光谱法对芝麻不同组织中、不同种皮色芝麻籽粒中Ca、Mg、Fe、Cu、Zn等矿物质元素的含量进行测定及分析。结果显示不同芝麻组织中矿物质元素含量水平差异显著,Ca在不同组织中含量相差最高可高达4倍,在叶中平均含量最高,为2151.61 mg/100g,其次为20 d籽粒,平均含量为984.18 mg/100g;Mg在叶和20d发育籽粒中含量较高,平均含量分别为390.23 mg/100g和300.01 mg/100g;Fe在叶中含量相对较高,为19.98 mg/100g;Cu和Zn在芝麻组织中相对其他矿物质含量较低,均小于5.00 mg/100g,以叶片中的Cu的含量最高。不同种皮色的芝麻成熟籽粒中矿物质元素含量结果显示,芝麻籽粒中Ca和Mg含量最高,平均含量分别为1133.64 mg/100g和382.85 mg/100g。褐色芝麻具有最高的Ca、Mg和Cu的平均含量,分别为1342.68 mg/100g、445.95 mg/100g和2.38 mg/100g;黑色芝麻具有最高的Fe含量,为11.77 mg/100g;浅褐色芝麻具有最高的Zn含量,为7.70 mg/100g。在不同组织和成熟籽粒中,Ca和Mg的含量分别具有极显著和显著的正向相关性,Cu和Ca、Mg的含量在不同组织中呈极显著正相关,在成熟籽粒中,Zn和Fe含量呈极显著正相关。明确矿物质元素含量在芝麻不同组织中的分布特征将为芝麻综合开发利用提供理论参考和数据支撑。

稻米中矿物质元素的检测及其在产地溯源中的应用研究进展

稻米是我国的主要粮食之一,稻米的安全和品质越来越受到人们的关注。稻米中的矿物质元素特征不但关系到稻米的消费安全,同时也和稻米的品质密切相关。稻米中的矿物质元素特征和稻米的品质受到某些地理因素包括气候和土壤等的影响,因此各地的稻米具有不同的矿物质元素特征和地理标志特色。稻米中矿物质元素的分析检测以及其特征分析对于稻米的品质和产地溯源具有重要意义。近十多年来,有关稻米中矿物质元素的分析检测以及基于矿物质元素特征的稻米产地溯源技术得到越来越多的关注,在方法学上取得了显著的进步。本文主要针对近十多年来有关稻米粮食中主要矿物质元素的分析检测方法和基于矿物质元素的产地溯源方法的研究进展进行概述,以期为食品检测机构或食品安全研究或评估人员提供方法学上的参考。

贵州五地辣椒矿物质含量及果实品质分析

以贵州5个地方采集的辣椒为试材,测定其3个品质指标和8种矿物质元素含量,采用相关性分析和通径分析的方法,研究了贵州5个地方辣椒矿物质元素含量与品质指标的关系,并筛选出影响辣椒品质的主要矿物质元素,以期为区域性施肥策略提供参考依据。结果表明:5个种植区辣椒矿物质含量和品质随土壤养分差异呈现显著性变化。木孔地区土壤和辣椒中矿物质含量最丰富,其中富含Ca和Mo;同时,木孔地区辣椒中的可溶性糖含量显著高于其他地区,达11.00%,百宜地区辣椒中的粗脂肪含量和大方地区辣椒中的粗纤维含量高于其他地区,但差异不显著。进一步对辣椒矿物质元素和辣椒品质的相关性分析发现,辣椒中Ca和Mo含量与可溶性糖含量呈显著正相关关系,说明Ca和Mo含量的升高可能是辣椒可溶性糖含量增加的重要原因。通径分析结果表明,辣椒中矿物质元素Mo对可溶性糖和粗脂肪影响作用最大,其次是Ca。对粗纤维影响最大的是Mg,其次是Ca。综上可知,辣椒品质的形成受Mg、Ca、Mo等的影响较大。