ZnO单晶在天然有机质存在下溶解过程中的晶面效应

以极性氧化锌单晶(0001)面和非极性氧化锌单晶(101-0)面为研究对象,探究天然有机质(NOM)存在下不同晶面的溶解速率和腐蚀形貌的差异。实验结果表明,ZnO单晶特定晶面溶解的速率受其它晶面是否接触溶液影响,侧面接触溶液会加快顶面的溶解速率;NOM存在下(0001)面的溶解速率高于(101-0)面;不同NOM会对ZnO晶面的溶解腐蚀形貌产生不同的影响,与NOM本身性质有关。

天然有机质引发汞化学转化研究进展

环境中广泛存在的天然有机质(NOM)强烈影响汞的迁移转化行为。本文总结了NOM驱动下汞的氧化/还原、硫化/去硫化和甲基化/去甲基化过程及其可能发生的机制,旨在为汞地球化学循环后续研究提供参考依据。

傅里叶变换离子回旋共振质谱分子表征^(15)N同位素标记羟胺衍生化天然有机质

羟胺化合物是地球氮循环过程中的重要中间产物.天然有机质(NOM)作为环境中普遍存在的复杂有机混合物,对羟胺的环境转化有重要影响.本研究采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICRMS)在分子层面表征羟胺与NOM的相互作用产物,采用^(15)N同位素标记羟胺作为反应物以排除NOM本身存在的化合物的质谱峰干扰,特异性识别^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM的质谱信号;同时考察了反应时间对NOM与羟胺反应活性的影响.结果表明,NOM与过量^(15)N同位素标记羟胺在室温条件反应下10 h,可以鉴定到2137个^(15)N同位素标记羟胺衍生化NOM产物分子式,其中包括,1个^(15)N同位素标记羟胺分子与1个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式1346个(CHO^(15)N_(1),约占产物分子式总数63%),两个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O元素的NOM分子反应形成的产物分子式194个(CHO^(15)N_(2),约占产物分子式总数9%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个S元素的NOM分子反应形成的产物分子式376个(CHOS1^(15)N_(1),约占产物分子式总数18%),一个^(15)N同位素标记羟胺分子与一个仅含C、H、O和一个N元素的NOM分子反应形成的产物分子式221个(CHON_(1)^(15)N_(1),约占产物分子式总数10%).这些羟胺衍生化NOM产物主要属于维管植物源多酚类和高不饱和酚类化合物,86%以上的产物很可能通过羟胺与NOM分子所含的羰基基团发生肟化反应形成.CHO^(15)N_(1)类产物的形成具有高度的时间依赖性,高氧化高饱和度的NOM化合物需要较长的反应时间才能形成羟胺衍生化NOM产物,表明此类化合物与羟胺的反应活性较弱;而低氧化高不饱和度的NOM化合物仅需要较短的时间便能形成羟胺衍生化产物,且随着反应时间延长,其中的部分化合物可以进一步生成多肟化产物或不稳定的其他产物,此结果表明这类NOM化合物对羟胺的反应活性较强.本研究采用FTICR-MS首次在分子水平全面表征了羟胺与FTICR-MS相互作用产物信息,可为羟胺在地球氮循环过程中的迁移转化机制研究提供全新视角和信息.

天然有机质疏水性定量方法及吸附预测模型

天然有机质是有机污染物在土壤和水环境中的重要赋存相,显著影响有机污染物的传输、归趋和生物有效性.有机污染物的有机碳-水分配系数是污染物迁移积累模型的核心参数.如何准确、快速地评估有机污染物在天然有机质上的吸附行为是环境科学研究的一个重要科学问题.该方向的研究内容主要包括有机污染物和天然有机质性质定量描述、有机污染物-天然有机质作用机制解析和吸附预测模型构建三个环节.学界在有机污染物-天然有机质作用机制解析方向取得了丰硕的成果,在天然有机质性质定量描述和吸附预测模型构建方向仍有广阔的发展空间.本文系统评估了现有的天然有机质疏水性定量方法和天然有机质吸附预测模型.通过对方法和模型优缺点和适用范围的系统分析,揭示了现有研究的不足,展望了未来研究的主要方向.

天然有机质及其在地表环境中的重要性

天然有机质是地表各种环境介质中的重要化学组分,分布广泛.越来越多的研究已经表明:它在地表生态系统的物理、化学和生物过程中都起着十分重要的作用;它与生态系统的各个重要环节密切相关,是生态系统中能量与物质循环的重要途径.因此,天然有机质不仅是生物地球化学、生态学和环境科学等研究领域的重要内容之一,而且也是环境污染的评价、预测和治理研究中的基础理论问题,是目前环境质量、毒理学、环境立法和管理研究共同关注的科学问题.本文主要以陆地地表淡水湖泊与河流水环境为例,对天然有机质的来源、化学结构、循环特征,与养分循环的耦合关系,对有毒金属元素和有机污染物迁移转化和毒性影响机理等几个方面的研究进展进行了简要的总结;针对我国水体富营养化和环境污染等重要环境问题,阐述当前应该采取的研究思路和存在的主要科学内容,并对现代有机环境与生物地球化学学科的研究趋势进行了展望.

土壤/沉积物中天然有机质对疏水性有机污染物的吸附作用

通过对土壤/沉积物中天然有机质的组成分析,阐述了天然有机物在吸附疏水性有机污染物过程中所起的重要作用,其中包括可溶性有机质的增溶作用和不溶性有机质的吸附作用。本文着重探讨了天然有机质结构的异质性对吸附作用的影响,导致吸附等温线的非线性,从而从土壤/沉积物有机质的微观结构上进一步解释了非线性吸附机理。

天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展。具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件(pH,离子强度)及天然有机矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望。

天然有机质对环境污染物的转化过程的介导作用

天然有机质因自身的结构特点而参与着光化学反应与醌呼吸过程,并通过这两个重要过程对生态系统中营养元素及矿物元素的物质循环起着十分重要的作用。天然有机质对环境污染物转化的影响早已受到关注,然而其中的影响机制尚未明晰。近年来已有一些研究者发现天然有机质的光化学过程及醌呼吸过程与污染物的转化之间存在着耦合作用,因而对此方面的研究进行了系统性的综述,阐明了天然有机质的光化学过程与醌呼吸过程对环境污染物转化的影响及可能的机制,并强调天然有机质在光化学过程中作为"高活性反应微区"以及在醌呼吸过程中作为"电子穿梭体"对环境污染物的转化起着关键的作用。因此作者提出了天然有机质对环境污染物的转化起着介导的作用,并推测该介导作用是天然有机质影响污染物环境行为及生物效应的重要机制之一,也是污染物在天然环境中消减与解毒的重要途径。今后应加强对天然有机质介导环境污染物转化的机制的研究,明确该机制在污染物自然消减过程中的作用大小,同时可基于此机制发展一些如有机质含量丰富的湿地系统等环境污染控制与修复技术。

天然有机质与重金属相互作用的分析方法进展

由于NOM(natural organic matter,天然有机质)种类及来源的多样性及其结构和性质的复杂性,导致NOM与重金属之间的相互作用存在一定的不确定性.针对NOM与重金属之间相互作用的一系列分析方法,重点阐述了谱学分析有关分析方法、等温滴定微量热法、溶出伏安法、zeta电位变化分析以及高效体积排阻色谱法等,这些方法从NOM的谱学特征、zeta电位、分子量、热力学参数及电化学性质等方面对二者之间的相互作用进行深入研究,取得了一定进展,但也存在不足.针对各分析方法的特点及其局限性,建议今后联合使用多种方法分析NOM与重金属之间的相互作用机制;通过确定不同影响因素对二者结合作用的大小和权重,建立多因素影响下二者相互作用的模型,以定性、定量分析天然水体中NOM与重金属的相互作用.

水体环境中天然有机质腐殖酸研究进展

腐殖酸作为一种资源广泛存在于自然界中,它是影响环境生态平衡的重要因素,也是潜在的、可大力开发和综合利用的有机资源。腐殖酸类物质具有多种活性官能团,具有酸性、亲水性、界面活性、阳离子交换能力、络合作用及吸附分散能力。腐殖酸概念、理论出现了重大突破,已从传统腐殖酸重点或仅研究腐殖酸自身发生中的物质流动、能量转化规律,同时着眼研究腐殖酸与土壤、水体和生物多界面的环境过程和机理。文章主要以水环境为例,天然有机质研究历史、化学结构,对环境污染物效应和去除技术等几个方面的研究进展进行了简要的总结;对现代腐殖酸的研究趋势进行了展望。

天然有机质存在条件下的纳米颗粒与重金属协同行为研究

纳米颗粒与重金属元素相结合发生反应,可能产生一系列相互作用关系。这些作用过程是取决于多个环境条件共同作用的复杂过程,尤其是在土壤这种复杂的典型非均质环境介质中。这些作用关系可分为协同促进和拮抗抑制两大类关系。对于土壤中的重金属离子而言,纳米态粒子对其环境有效性究竟是协同促进还是拮抗抑制作用,关键取决于纳米粒子的表面修饰特性、二者间的界面反应以及反应后重金属元素的最终赋存状态这三个方面。协同促进或拮抗抑制作用与否则最终决定了这些污染重金属离子的生物可利用性和生态毒性响应。本文对近年来纳米颗粒-重金属共环境行为的国内外研究现状进行综述讨论。纳米-重金属界面吸附解吸和土壤中迁移持留过程研究涉及多个热力学、动力学解析方法,科学家结合静态批实验和动态迁移实验等实验室模拟手段,对纳米颗粒、重金属离子、有机质三因子在土壤介质中的相互作用影响和共行为方式展开深入探讨。在重金属离子-纳米颗粒表面吸附机制、赋存形态以及重金属纳米吸附态土壤迁移固定机制研究中,多种定性表征方法的综合应用,如透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线吸收近边结构光谱/扩展X射线吸收精细结构光谱(XANES/EXAFS)等方法相结合,被公认是揭示这一系列过程机制的重要技术手段。针对不同土壤环境中有机质存在条件,正确评价纳米态物质对重金属的迁移性及生物可利用性的影响作用,将为纳米环境效应评估和纳米修复技术等相关应用提供重要的数据支持和机理依据。

动态光散射技术原位表征天然有机质存在下纳米零价铁的团聚效应

纳米零价铁原位修复地下水污染是近年发展起来的新技术,通过改性合成不同种类纳米零价铁可以克服其易团聚易氧化的问题,水体中存在的天然有机质也会对纳米铁的分散性和反应活性产生影响,因此开展原位测试并研究不同种类纳米铁在水中的团聚效应具有重要意义。本文对实验合成的纳米零价铁、羧甲基纤维素包覆纳米零价铁、膨润土负载纳米零价铁以及商用纳米零价铁,基于动态光散射技术(DLS),运用纳米粒度/Zeta电位分析仪,结合透射电子显微镜(TEM)和沉降光谱曲线等手段,对比研究了天然有机质(腐植酸HA)对纳米铁团聚效应的影响。结果表明,羧甲基纤维素包覆或膨润土负载改性提高了纳米零价铁颗粒的分散稳定性,有效抑制了团聚沉降,团聚体粒径分布在1000 nm以下。HA会吸附在纳米铁颗粒表面,从而增加静电排斥力,进一步减缓了团聚效应,尤其是对膨润土负载纳米零价铁的影响最为显著,其团聚体粒径能降至100 nm以下,沉降速率也极大减缓,分散稳定性表现最佳。本研究表明DLS结合TEM表征纳米颗粒是获得更加丰富的微观粒子信息的一种非常重要的手段。

超声空化作用于水中天然有机质特性研究

利用超声空化作用去除水中天然有机质(Natural Organic Matter,简称NOM)不会产生消毒副产物。研究了采用低频高功耗率的超声处理富里酸溶液,结果表明:由于超声空化的热解及氧化作用,随着声功率及富里酸溶液浓度的增加,溶液的pH、ORP逐渐减小,溶液的温度、浊度逐渐增加,体系中加入盐酸后能够放大超声作用。作为水中NOM浓度的替代参数,UV_(254)在超声作用下缓慢增加,而总有机碳(TOC)的超声降解符合准一级反应规律,在20min超声作用之后,TOC去除率由21.2%增至31.6%,加入盐酸后,由24.7%增至34.8%。该研究可为超声协同其他工艺进行水处理提供放大设计依据。

平顶山十矿地下水中天然有机质垂向分布特征

为了研究平顶山十矿各含水层的水化学特征差异,检测分析了地下水中天然有机质含量和荧光特性的垂向分布规律。结果表明:天然有机质含量在垂向上先急剧减少后逐渐稳定,且浅部含水体与深部含水层存在显著的有机质含量差异,深部含水层之间则难以区分;浅部含水体中有机质含量高,各荧光指纹区的荧光峰均有显现,且荧光峰强度较高,第四系水中各荧光峰强度略小于地表水;深部含水层中,荧光峰数量与含水层深度成负相关,Ⅱ区和Ⅳ区的荧光峰强度先增加后减小,其他荧光峰的强度则逐渐减小。研究表明,利用天然有机质含量和荧光特性,能够建立各含水层在垂向上的水化学特征。

试论天然有机质及其与铀矿化的关系

Uranium is so intimately associated with carbonaceous matter in marine black shales and some sandstone-type uranium deposits that it is said to be “fixed” by organic substances. But different kinds sf organic matter are not of equal importance in the geochemistry of uranium. The nature and origin of organic substances in uranium deposits and the role that they plays in transporting and concentrating uranium are different from place to place. The reason why uranium is associated with certain types of organic matter (for example humus or bitumen) is described in this paper from geochemical viewpoint.

太湖和洪泽湖天然有机质与重金属结合特性研究

利用同步荧光光谱表征浅水湖泊太湖和洪泽湖中天然有机质(NOM)的组成,同时利用荧光淬灭滴定试验研究了NOM与Cu^2+和Cd^2+的结合特性.结果表明:两个湖泊的NOM中类蛋白质和类腐殖质组成比例存在显著的差异,太湖NOM主要由类蛋白质和类腐殖质组成,洪泽湖NOM则以类腐殖质为主;太湖和洪泽湖NOM与Cu^2+和Cd^2+的结合点位及结合能力存在显著差异,NOM中类腐殖质的结合点位要显著多于类蛋白质;太湖贡湖湾和梅梁湾NOM中类蛋白质与Cu^2+的结合能力以及梅梁湾NOM中类蛋白质与Cd^2+的结合能力强于类腐殖质,但贡湖湾NOM中类蛋白质与Cd^2+的结合能力则弱于类腐殖质,而洪泽湖NOM中类蛋白质与Cu^2+和Cd^2+的结合能力均强于类腐殖质;太湖NOM与重金属Cu^2+和Cd^2+的结合能力要显著高于洪泽湖NOM.

高压脉冲等离子体作用于水中天然有机质特性研究

采用高压脉冲等离子体处理富里酸溶液,结果表明:由于等离子体的热解及氧化作用,随着脉冲电压峰值及富里酸溶液浓度的增加,溶液的pH、ORP逐渐减小,溶液的温度、浊度逐渐增加,体系中加入硝酸后能够放大等离子体作用。作为水中NOM浓度的替代参数,UV254在等离子体作用下缓慢增加,而TOC的降解符合准一级反应规律,在35kV高压脉冲电场作用之后,TOC去除率由22.6%增至33.4%,加入硝酸后,由25.6%增至36.7%。

天然有机质模型化合物在无机矿物表面的吸附

天然有机质(NOM)在全球碳循环中扮演重要角色,而无机矿物对有机碳稳定具有重要作用.本实验以Fe2O3(纳米和微米颗粒)和高岭土为吸附剂,探讨复杂多组分NOM模型化合物(单宁酸、没食子酸、富马酸钠和油酸钠)在无机矿物表面的吸附稳定机理.结果表明,4种不同性质的模型化合物在矿物表面均呈现明显的非线性吸附.纳米氧化铁较大的比表面积能够提供更多的吸附位点,有利于其对模型化合物的吸附,但是其比表面积的有效性最低,显示其极大的吸附潜力.不管是芳香性还是脂肪性化学物质,大分子模型化合物的吸附显著高于小分子模型化合物,说明NOM的模型化合物中大分子组分更倾向于吸附在无机矿物表面,这一现象提示NOM在无机矿物表面发生选择性吸附时,有可能优先吸附大分子组分.

天然有机质-金属离子/氧化物-磷复合物的研究进展

天然有机质-金属离子/氧化物-磷(NOM-Metal-P)复合物作为一种广泛存在于天然水体和土壤环境中的磷素形态,其环境行为对磷素在环境中迁移转化过程发挥着重要作用。鉴于此,在综述NOM-Metal-P复合物的结合方式、测定方法、分子质量大小、生物有效性和稳定性影响因素等相关研究进展的基础上,对NOM-Metal-P复合物研究做出展望。已有研究表明,NOM-Metal-P复合物形态磷可占土壤溶液或天然水体中磷总量的50%,有时甚至达80%;NOM-Metal-P复合物的结合方式主要为NOM和P以Metal作为键桥结合形成;目前多采用截留分子质量为500或1000Da的滤膜来分离游离磷酸盐和复合物形态磷;复合物形态磷能抑制磷的固定,增强磷在环境中的迁移能力,其作为磷肥的生物利用效率大于单一磷酸盐磷肥;复合物形态磷的稳定性受紫外光照、pH和共存离子等因素的影响。

天然有机质污染对纳滤膜去除水中邻苯二甲酸酯的影响

选用具有不同特性的2种纳滤膜NF90和NF270,采用错流试验研究了被天然有机质污染前后纳滤膜对水中邻苯二甲酸酯的去除效率和渗透通量。结果表明,NF90对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)具有较高的截留率,分别为87.9%、95.3%和100%,且截留率随着有机物分子量的增大而增大;NF270对DMP、DEP和DBP的截留率分别为32.1%、50.4%和50%,较NF90的截留率低,且对分子量较大、较疏水的DBP未呈现较高的截留率。在进料液中添加海藻酸钠后,2种纳滤膜的渗透通量明显下降;污染后2种纳滤膜对DMP的截留率分别提高了5.9%和2.4%,对DEP的截留率略有下降,对DBP没有显著影响。改变离子强度(10 mmol/L到20 mmol/L)使NF270对DMP、DEP和DBP的截留率分别下降了2.4%、1.5%和1.5%,而NF90对3种邻苯二甲酸酯的截留率没有明显变化。