真菌电化学修复除草剂污染土壤:降解动力学探索

【目的】微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)在去除污染物的同时产出电能,是一种颇有前景的生态修复手段。构建真菌强化MFC装置,比较电动力(EK)、真菌、MFC修复除草剂污染土壤效果及优缺点,探索MFC在有机污染物修复中的应用潜力。【方法】设计了一种添加真菌进行生物强化的MFC,并用EK、真菌、MFC三种方法修复两种除草剂污染的灭菌土壤。经筛选和驯化的疣孢漆斑菌和踝节菌菌株用于后两种方法,研究真菌强化对MFC去除除草剂的影响。测量土壤pH、电导率、除草剂去除率,MFC产电性能,用气相色谱-质谱鉴定两种除草剂的降解产物。【结果】EK修复中,添加模拟电解液、碳纤维条、加电10 V的处理组7 d后氯氟吡啶酯(F)和高效氟吡甲禾灵(H)去除率分别为71%和38%。真菌、MFC处理F的最大去除率达到100%。对比踝节菌,疣孢漆斑菌对两种除草剂的降解性能更好,疣孢漆斑菌、踝节菌单菌构建的MFC对H的去除率分别为62.5%和24.1%。F降解产物为氟氯吡啶酸,H降解产物为乙酸大茴香酯,推测了降解路径和降解动力学。三种方法降解F以及EK降解H均符合动力学一级反应,而真菌和MFC降解H符合二级反应。【结论】对比EK、真菌修复,MFC修复效果更好,该方法可以较快地修复土壤又无需额外供电,是一种经济有效的自持式修复策略。

基于催化加氢与端基封端的老化沥青化学修复机制研究与效果评价

从沥青老化的本质出发,首先采用三乙氧基硅烷在催化条件下与老化沥青发生氢化还原反应,将老化沥青中强极性的羰基和亚砜基还原成低极性物质;考虑到老化沥青的活泼端基会诱导新沥青加速老化,采用自由基抑制剂异氰酸酯对老化沥青活泼端基进行封端。通过测试老化沥青催化加氢与端基封端前后化学结构与极性变化,探究其修复机理;进而以基质沥青为参比,分析测试催化加氢与端基封端前后老化沥青宏观性能的变化,评价催化加氢与端基封端对老化沥青的化学修复效果;最后通过红外光谱与低温弯曲试验结果联动分析,建立了老化沥青化学结构与低温性能之间的内在联系。结果表明,催化加氢与端基封端使老化沥青的化学结构发生了本质的变化,三乙氧基硅烷可将老化沥青中羰基和亚砜基转化成酯或者醚,异氰酸酯通过酯化反应将老化沥青羟基转化为酯,降低了端基活泼性和极性。经催化加氢与端基封端之后,老化沥青的介电常数下降到3.2,下降了27.3%,粘度下降了近20%,而对石灰石的粘附功提高了15.8%,低温劲度模量和蠕变速率对的变化幅度达到14.0%以上;表明催化加氢与端基封端引起了老化沥青极性的显著减弱,分子间作用力和粘度明显降低,粘附性和低温性能得以显著改善;劲度模量和蠕变速率与老化沥青的含氧官能团指数之间具有良好的对应关系。

刍议矿山重金属污染土壤化学修复技术

矿产资源的大量开采,对当地自然环境造成较大破坏,土壤在矿产开采、运输、冶炼过程中会受到严重的污染,污染物质随着水源以及风力扩散至空气中,致使当地出现不同程度的空气污染和水源污染等问题。随着大众环保意识的逐渐增强,矿山重金属污染土壤的化学修复技术得到大众的广泛关注。主要阐述重金属污染土壤的危害,分析污染的主要来源和特征,并介绍各种化学修复技术,以供相关人士参考。

方波电流对混凝土中钢筋腐蚀的电化学修复效应

为降低电化学修复对钢筋的氢脆作用,对比了恒电流和方波电流2种电场对钢筋混凝土构件进行电化学修复的效果.通过开路电位、线性极化、交流阻抗、拉伸试验及扫描电镜等方法对比分析两种电流施加方式对砂浆中钢筋耐蚀性和力学性能的影响.结果表明:相较于恒电流电化学修复,方波电流作用下的钢筋腐蚀电流密度更小,砂浆保护层电阻、钢筋钝化膜电阻及钢筋电荷转移电阻更大;方波电流电化学修复对砂浆保护层的修复效果更显著,增强了钢筋钝化性能,减小了钢筋腐蚀速率;方波电流还可降低电化学修复阴极极化对钢筋塑性的影响,减少钢筋氢脆风险.

电化学修复后混凝土柱抗震性能的数值分析与验证

为掌握电化学修复对混凝土结构抗震性能的影响,本文进行了常规电场强度下混凝土柱抗震性能的数值分析与试验验证。开展了电化学修复后钢筋低周疲劳试验,基于试验数据对OpenSees有限元平台中的Reinforcing Steel材料的本构疲劳破坏参数C_(f)、强度退化参数C_(d)和疲劳破坏指数α进行修正;开展了电化学修复前后混凝土柱的低周往复试验,得到了电化学修复对混凝土柱抗震性能指标的影响,建立了电化学修复后混凝土柱有限元纤维模型,并对比分析了数值模拟结果和试验数据。结果表明:钢筋低周疲劳试验加载幅值为±1.0%、±1.6%、±2.0%时,电化学修复钢筋试件比未修复钢筋试件的疲劳寿命分别降低约5%、30%、54%,说明电化学修复过程中产生的氢对钢筋的低周疲劳寿命负面影响随幅值的增大而增大;基于不同加载幅值下的钢筋低周疲劳数据,通过Coffin-Manson疲劳模型拟合得到考虑电化学修复后影响的本构参数C_(f)、C_(d)及α分别为0.136、0.361及0.410;电化学修复前后混凝土柱的滞回曲线形状基本一致,峰值荷载与耗能能力基本相同,说明常用电流下的电化学修复对混凝土柱的抗震性能影响较小;混凝土柱的数值模拟结果和低周往复试验结果接近,说明本文提出的有限元纤维模型可用于评估电化学修复对混凝土构件抗震性能的影响。

考虑时间效应的电化学修复后RC柱抗震性能试验研究

采用混凝土结构电化学修复(常用密度为3.0 A/m^(2))对RC柱进行电化学充氢,并考虑时间效应设置了不充氢、充氢未静置、充氢后静置试件,开展低周往复试验得到了RC柱破坏特征、裂缝特征、滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线。研究结果表明:由于混凝土强度、钢筋性能及钢筋-混凝土粘结滑移性能退化的影响,RC柱裂缝特征存在明显区别,该区别会随着静置时间延长而消失;该电流密度下RC柱的破坏模式、承载能力、耗能能力均无显著差异。因此,在具有抗震设防要求的地区,采用常用电流密度并考虑时间效应时电化学修复对混凝土结构的抗震性能不存在显著影响。

矿山重金属污染土壤化学修复技术研究

我国矿产资源较为丰富,在进行矿产开发、冶炼、运输过程中,会对其周边的环境土壤产生较为严重的污染。矿山土壤发生污染后,会在风力及水力的影响下进入大气和水体中,出现地表水污染、生态环境退化、大气污染等多种问题。因此,需加强矿山重金属对土壤产生污染的修复技术研究,修复方法可分为化学、生物、物理三种,其中化学修复技术应用较为广泛,可通过对土壤污染的重金属做详细分析,实施相应修复。

石油污染土壤的化学修复技术研究进展

目前石油及其衍生物对土壤污染十分严重,通过对相关文献进行调研、归纳和分析,并结合当前国内外石油污染土壤的化学修复技术的研究现状,重点阐述了氧化法、光催化降解法等化学修复石油污染土的原理、工艺及优缺点,讨论了几种方法在实际应用中所亟待突破的难点问题,最后对此类方法的发展趋势和应用前景进行了展望。

酸化及化学修复剂对森林土壤有机物淋溶的影响

选择我国重庆典型的酸化森林土壤,针对自然酸沉降条件下以及投加2种碱性化学修复剂(石灰石和菱镁矿)后土壤溶液中的溶解性有机物(DOM)动态变化展开观测,研究土壤酸化和化学修复对森林土壤碳库的潜在影响.为期3a的研究表明,修复剂加入后,由于土壤溶液pH值迅速升高,凋落物层DOM的淋溶在较短时间内有明显升高,但是这种效果难以持久;同时,投加修复剂后矿质土壤DOM的浓度显著降低,上层土壤溶液的DOC浓度由对照样地的(20.32±3.19)mg.L-1分别降低到石灰石样地的(15.69±2.39)mg.L-1和菱镁矿样地的(11.44±1.87)mg.L-1.矿质土壤溶液的DOC浓度可能与土壤溶液pH值呈负相关关系,与离子强度呈正相关关系.因此从长期来看,修复剂加入不会引起凋落物层有机质向矿质土层加速迁移,并可缓解由于酸化而导致的土壤有机物加速淋溶和碳库降低.

土壤农药残留的化学修复探索

采用室内模拟法及色谱检测技术,研究了本地区广泛使用的克百威和硫丹农药残留的化学修复治理。结果表明,通过单糖组分处理及改变土壤pH值均在一定程度上影响了农药的降解率。

电化学修复过程氢致钢筋塑性降低的影响与控制试验研究

电化学修复技术是提升既有钢筋混凝土结构耐久性重要方法,能有效除去有害氯离子,延长结构使用寿命。采用电化学修复技术对钢筋混凝土结构进行耐久性修复时,作为阴极的钢筋会发生析氢反应,当钢筋表面的氢浓度达到临界值时,钢筋的塑性会降低,并发展成裂纹,导致钢筋出现氢脆现象。开展了不同电化学参数的电化学修复试验,并采用物理方法和力学方法进行了氢致塑性降低的影响分析。结果表明氢致塑性降低与电流密度、应力水平均相关;当清楚工程构件的受力状态时,可采用合适的电流密度对构件进行电化学修复,控制塑性损失程度在工程的可接受范围内,以达到钢筋氢脆控制的目的。

污染土壤化学修复技术研究与进展

污染土壤修复环境工程近年来发展迅猛,欧美等发达国家在其技术创新和设备改进2个层面都取得了长足进展。本文概述了化学淋洗修复技术(原位化学修复技术和异位化学修复技术)、化学还原与还原脱氯修复技术、化学氧化修复技术、溶剂浸提技术和土壤性能化学改良修复技术等污染土壤的化学修复技术原理、进展与适用性以及有关关键技术参数,并对其发展前景进行了展望。

土壤环境污染化学与化学修复研究最新进展

概述了不同历史时期重点涉及的土壤污染物以及近年来出现的4大类新型污染物,论述了土壤环境中化学污染物的动态与归趋以及相关科学问题及今后的研究重点,介绍了在评价土壤环境中污染物(特别是有机污染物)生物有效性的方法体系方面取得的重要进展,分析了污染土壤化学修复各种方法的化学原理以及为降低成本而实施的工艺强化和技术创新方面的最新突破.

电势条件对混凝土结构电化学修复数值模拟的影响

通过试验研究和理论分析,对比3类电势条件(常电势条件、电中性条件和高斯定理)对混凝土结构电化学修复过程数值模拟结果的影响.利用物质守恒定律、Nernst-Planck方程和电势条件构建电化学修复过程的数值模型,通过数值模型比较电化学修复过程电势、氯离子浓度、净电荷数和电流密度等参数在混凝土内部的分布.结果表明,在常电势条件下,除氯前端的氯离子浓度梯度较大;当采用电中性条件与高斯定理时,模拟氯离子浓度分布和电势分布结果较为相似,混凝土分别在辅助阳极与阴极钢筋区域形成电迁移加速作用区与抑制作用区.试验研究电化学除氯过程的氯离子浓度分布.试验结果与数值模拟结果的对比表明,采用电中性条件或高斯定理模拟氯离子浓度分布更接近试验测试结果,适用于钢筋混凝土结构电化学修复的仿真分析.

应用体外试验方法评价铅污染城市土壤化学修复效果

运用基于模拟人体生理溶液的体外试验,研究了铅(Pb)污染城市土壤加入磷矿粉、过磷酸钙、骨粉、蛭石、沸石、膨润土后土壤Pb的生物可给性的变化.结果表明:加入不同的含磷和黏土矿物改良剂后,模拟胃和小肠阶段的Pb的生物可给性降低,含磷改良剂处理降低幅度大于黏土矿物处理.加入w=2%的骨粉效果最佳,在模拟胃和小肠阶段Pb的生物可给性分别降低了20.64%和57.94%.

化学修复剂修复重金属污染土壤的应用进展

土壤重金属污染具有表聚性、隐蔽性、长期性、不可逆性等特点。其修复方法有客土法、化学修复法、土壤淋洗法、植物修复技术以及微生物修复技术。化学修复剂可以与土壤中重金属发生氧化、沉淀、还原、吸附、抑制和拮抗等作用,降低土壤中重金属的迁移性和生物有效性,从而使其失去活性。该方法具有修复速度快、修复周期短、治理效果较好和费用较低的特点。该研究主要介绍了石灰、含磷物质、沸石、膨润土、水滑石、蛭石及腐殖质几种化学修复剂对土壤中重金属的修复机理和效果,并且对其发展前景做出展望。

锂离子二次电池容量损失的电化学修复

以比亚迪公司生产的额定容量为950 mA.h的LP063450AR型方型锂离子电池为样品电池,对锂离子二次电池容量损失的电化学修复进行研究,并采用X线衍射（XRD）、电化学交流阻抗（EIS）以及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）等手段探讨修复机理。结果表明：通过插入适当小电流充放电循环,可对二次电池多次循环后所导致的容量损失进行有效修复。在充、放电倍率为1C和2C时,每50次循环后通过修复,电池容量较修复前平均增加40~50 mA.h;300次循环结束后,电池容量仍保持在860 mA.h和750 mA.h左右;300次循环后,放电态时修复前、后电池正极材料化学式分别为Li0.776CoO2和Li0.907CoO2,经过修复,更多的Li＋在正极嵌入,活性材料的使用得到提高。

重金属污染土壤化学修复剂的研究进展

针对土壤重金属污染问题,从重金属污染的危害入手,系统介绍了近年来化学修复技术中的固化/稳定剂、化学淋洗剂的研究进展,并得出单一的化学试剂对环境的治理不易于土壤恢复,会造成一定的土壤流失的结论,认为以后的主要方向应在于以化学药剂处理作为增效调和的联合修复治理上。

土壤重金属污染化学修复方法研究进展

概述了土壤重金属污染的来源、危害以及土壤重金属的主要化学修复方法,包括化学淋洗法、化学固定/稳定化法、化学还原修复法和可渗透反应墙修复方法等。通过对这些修复方法的综述,归纳了各种化学修复方法的应用,且对土壤重金属修复方法进行了展望。

铬污染场地土壤化学修复淋洗剂筛选及条件优化研究

以石家庄市井陉县大通化工有限公司的铬污染场地土壤为研究对象,考察了6种淋洗剂对其中总铬和六价铬的淋洗去除效果,筛选出最佳淋洗剂;通过正交实验,确定其最佳淋洗条件;考察复合淋洗剂对总铬和六价铬的去除效果;最后考察最佳淋洗剂多次淋洗对总铬和六价铬的去除效果,确定最佳淋洗次数。结果表明:柠檬酸对总铬和六价铬的淋洗去除效果最好,其最佳淋洗条件为:浓度为0.50 mol/L,淋洗时间为4 h,p H值为2.0,固液比为1∶10,在此条件下,淋洗4次时,土壤中六价铬去除率达到100%,总铬残留量由2 630.0 mg/kg降到183.4 mg/kg,去除率达到93.03%,可满足《土壤环境质量标准》中二级标准(总铬浓度250 mg/kg)的场地修复要求。