淋溶条件下石英砂柱中铁锰氧化物的形成特点

用不同浓度铁锰离子混合溶液对石英砂柱进行40次淋溶实验,研究砂柱中铁锰氧化物的形成状况。结果表明,淋出液中铁锰离子浓度与其pH值随着淋溶次数的增加呈现先降低后升高的趋势;各处理所形成的铁锰氧化物含量之间存在极显著差异,淋溶液中铁锰离子浓度越大,形成的铁锰氧化物含量越高,当淋溶液中铁锰摩尔浓度比即c(Fe2+)/c(Mn2+)为2:1时最有利于铁锰氧化物的形成;随着淋溶次数的增加,铁锰氧化物含量的增长逐渐减慢;不同层次铁锰氧化物含量差异显著,下层(20～30cm)含量明显高于其它层次;各阶段(每淋溶10次为一阶段)不同形态(非晶形态、晶形态)铁锰氧化物含量间的相关性存在差异,铁锰氧化物尤其是非晶形态的相对比例(Fe/Mn)随着淋溶次数的增加逐渐增大。

不同淋溶方式下石英砂柱中铁锰的运移淀积特征

以石英砂为装柱材料,用不同浓度的铁锰单一或混合溶液淋溶石英砂柱40次,研究淋溶液的pH(pH 5,pH 3.5),铁锰物质的量比(1∶1,2∶1,4∶1)和淋溶方式(铁锰同时淋溶或交替淋溶)等因素对石英砂柱中铁锰淀积和运移的影响。结果表明:1)不同淋溶方式的处理间铁锰形态分布存在显著差异。随淋溶次数的增加,铁锰同时淋溶的砂柱内,各形态的铁锰淀积量逐渐增加,而铁锰交替淋溶砂柱内的铁锰含量随淋溶阶段而变化;2)相同淋溶方式,不同铁锰物质的量比处理的砂柱间铁锰淀积量差异显著,淋溶液锰浓度高的处理其游离锰、非晶锰的淀积量较大;3)相同铁锰物质的量比,铁锰同时淋溶处理的游离铁锰和非晶质铁的淀积量高于相应交替淋溶的,而非晶质锰的反之;4)pH 3.5淋溶处理的砂柱中,铁锰淀积量总体高于pH 5的,以下层(25cm)的含量最高,铁锰具有向下运移的规律,但在pH 5淋溶处理的砂柱中该现象不明显;5)石英砂表面淀积的游离和非晶质铁锰随着淋溶的进行总体呈现增加的趋势,前期淀积的游离铁锰对后阶段游离铁锰的形成有促进作用,游离铁与非晶质铁的淀积量呈正相关。

纳米氧化铜在饱和石英砂柱中的运移研究

以纳米氧化铜为研究对象,研究其在饱和石英砂柱中的运移规律。首先,对纳米氧化铜和土壤胶体进行扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)以及动态光散射(dynamic light scattering,简称DLS)等一系列的表征分析。然后,利用石柱运移试验研究流速(u0=1、3、5 mL/min)、初始溶质浓度(C0=5、20、50 mg/L)、酸碱性(pH值=5、7、9)、NaCl浓度(CNaCl=0.1、1、10 mmol/L)以及土壤胶体(粒径为0~200、200 nm^1μm、1~2μm)对纳米氧化铜在饱和石英砂柱中运移能力的影响。结果发现,流速越快,初始浓度越高,NaCl浓度越高,纳米氧化铜在饱和石英砂柱中的运移能力越强,碱性条件下的运移能力大于酸性条件下的运移能力。并且在大多数条件下,粒径越大的土壤胶体对纳米氧化铜运移能力的促进作用越大。

腐殖酸和pH对典型轮胎磨损颗粒迁移行为的影响机制

轮胎磨损颗粒(Tire wear particles,TWPs)作为微塑料(Microplastics,MPs)的重要种类之一,当下其生态风险已受到生态学家的高度重视。通常,颗粒型污染物的环境行为过程是其生态风险的重要影响因素。然而,TWPs在土壤等多孔介质中的迁移过程及影响机制至今尚未见报道。选择冷冻破碎制备的冷冻破碎轮胎磨损颗粒(C-TWPs)以及道路磨损产生的滚动摩擦轮胎磨损颗粒(R-TWPs)和滑动摩擦轮胎磨损颗粒(S-TWPs)为典型研究对象,以石英砂柱来模拟研究TWPs在土壤等环境多孔介质中的迁移行为,并探究天然有机物腐殖酸(HA)及不同pH(4、7和10)环境对以上三种类型TWPs迁移行为的影响。结果显示:HA(50 mg·L^(-1))能够显著增强三种类型TWPs的迁移性,并且在HA(50 mg·L^(-1))存在下,不同pH(4、7和10)对TWPs迁移行为影响不同,中碱性环境(pH=7/10)更有利于TWPs的迁移。主要原因在于,HA存在或(和)中碱性环境有利于(同时)增大TWPs和石英砂颗粒表面的Zeta电位值(绝对值),此时,一方面TWPs的分散性得到改善,有较小的粒径分布,另一方面增加了TWPs和石英砂颗粒间的静电排斥力,有助于TWPs的迁移。值得注意的是,HA存在和不同pH环境条件下,低温破碎制备的C-TWPs的迁移性较R-TWPs和S-TWPs强,主要由于C-TWPs制备时携带有较多的负电荷、较小的等电点和较强的疏水性,上述性质也可促使其吸附更多的HA,从而加强其电负性;而R-TWPs和S-TWPs由于粘附了道路矿物、金属盐或灰尘而减弱以上性质,表面具有较小的电负性。研究结果揭示了不同类型TWPs在自然界中地球化学迁移行为的差异性,并暗示了研究源头性质(排放方式)以确定同种材质微塑料环境行为及生态风险内在差异的必要性。