金属In与掺Nb的SrTiO_3金属半导体接触研究

研究了金属In与掺不同Nb浓度的SrTiO3(Nb-STO)衬底之间构成的金属半导体结(金-半结)。测量了不同温度下的I-V曲线。在掺杂浓度为0.05wt.%衬底构成的金-半结I-V曲线中,反向电压部分得到的有效因子n在1.05～1.10之间,且随温度变化很小,而正向的n很大,表明出势垒随着偏压的变化改变很大。金属In与Nb-STO衬底之间构成的金-半结在浓度为0.05wt.%和0.7wt.%的掺杂情况下,结点都表现出非线性的I-V关系,均不能视为欧姆接触。

煤系中关键金属元素的成矿作用研究进展与展望

煤系中关键金属元素的赋存状态、分布规律、成矿机制以及有效提取和综合利用的研究是近10年来煤地质学等相关领域的研究前沿和热点问题,国内外学者在煤系中关键金属矿床的发现,关键金属元素赋存状态,成矿物质来源、迁移、富集和保存,开发利用潜力评价,精细勘查技术研发,关键元素的分离提取等方面取得了重要研究进展,为煤系关键金属矿产资源的开发利用奠定了坚实的理论和技术基础,同时在揭示与煤系关键金属相关重大地球科学问题方面取得了长足进展。本文结合国内外近些年来的进展,对煤系中关键金属元素(主要是锗、镓、锂、铌、锆等)的成矿作用进行了总结和凝练,指出了存在的问题及其解决方案和思路。

膏体充填:金属矿绿色开采的变革性技术

膏体充填具有安全、环保、经济、高效的显著优势,是近年来金属矿绿色开采的重要变革性技术。本文对近40年来中国膏体充填的发展历程、主要科技成就、基础理论与关键技术装备进行了分析与总结,并重点阐述了膏体充填对采矿工艺变革的推动作用。最后,提出了无人化膏体充填、基于膏体充填的全废综合利用这两大重要发展趋势。

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。

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术现状与展望

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术是保障矿山安全生产的关键技术之一,是岩石力学应用于矿山安全领域研究的热点问题。从地质灾害风险定义、类型、监测方式、预警技术等方面出发,简述了金属矿山地质灾害风险监测预警技术的发展现状,指出在灾害风险定义方面,金属矿山地质灾害风险易发性、易损性和危险性量化分析理论体系尚不完善;在灾害风险监测与数据融合方面,多感知设备协同监测与数据融合理论仍不完善,尚未实现基于风险条件的感知设备布设方案智能调整,难以保障采动岩体力学响应的时空完整性与连续性;在灾害风险预警方法方面,监测与模拟相结合已成为矿山灾害预警发展趋势,应进一步与云计算、人工智能等技术相融合,建立完善的理论体系,实现实时动态、精准高效、智能的灾害风险预警。在此基础上,围绕“现场监测和数值模拟相结合灾害预测预警”的学术思想,提出了“地质灾害案例匹配、多源数据挖掘、力学机理分析、专家系统诊断”四位一体的灾害风险智能预测预警方法,进一步以弓长岭露天矿浅层隐伏空区垮塌与地表塌陷风险监测预警工作为背景,实现了上述方法的应用与推广。最后指出了金属矿山灾害风险智能监测预警技术存在着多源力学响应数据难以高精度连续协同感知、灾害预测预警模型参数难以精准选取、灾害监测预警系统尚不完善等问题,多灾种高性能、专用特种智能感知技术与装备,标准化数据通信协议与架构,监测—模拟相结合的灾害智能预警模型,地质灾害监测预警平台与数字孪生技术是解决上述问题的关键技术,是未来的主要发展趋势。

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。

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。

某废弃煤矿区土壤重金属污染风险评价

煤矿在开采过程中产生大量煤矸石、洗煤水等废弃物,其中的重金属污染物经沉降、径流、淋滤等作用迁移、扩散至周边水土环境中,对生态环境构成威胁。为研究某废弃煤矿区土壤重金属污染状况,评价重金属污染生态风险,检测了该矿区煤矸石、水、土壤样品中Cu、Pb、Zn、As、Cr、Ni、Hg、Cd元素质量分数,利用单因子指数法和潜在生态危害指数法分别分析了土壤重金属污染状况和潜在生态风险;重点分析了矿区洗煤厂下游土壤重金属污染特征,并采用改进BCR连续提取法分析了洗煤厂下游土壤样品重金属元素(Cu、Zn、Cd)形态,借鉴风险评价编码法评价了重金属元素的生物有效性和环境风险。结果表明:①以平均值计,废弃煤矿区煤矸石中重金属质量分数较低,仅Cr元素质量分数稍高于土壤中的质量分数,且煤矸石中重金属元素质量分数均未超过相应的农用地土壤风险筛选值,对矿区土壤重金属污染影响小。②废弃煤矿区土壤重金属超标元素为Cu、Zn、Cd、Ni、As,Cu、Zn、Ni和As元素污染较轻微,Cd元素污染较严重;Cu、Zn、Ni元素污染区主要集中在矸石山西部和东南部地块,在空间分布上有一定重合;As元素污染分布在矸石山东北部地块,Cd元素污染在矿区广泛分布,以中度–重度污染为主。③Cd、Hg元素存在潜在生态危害风险,Cd元素潜在生态危害风险程度高,重金属元素综合潜在生态危害风险等级较高,主要为中等-强风险。④洗煤厂下游区域沿水流方向土壤重金属元素总体呈递减趋势,Cd元素污染较严重,Cu、Zn、Ni、As元素污染集中在洗煤厂下游200 m内,剖面样品中垂向方向上重金属元素质量分数呈递减趋势,在垂向上没有累积。⑤矿区地下水水质较好,矿井排水重金属元素质量分数及pH满足Ⅲ类地表水水质标准限值,矿井水外排对周边土壤重金属污染影响小。⑥Cu和Zn元素酸可提取态占比低,生物有效性低,Cd元素酸可提取态占比高,呈高度风险–极高风险,生物有效性强,环境风险高。基于矿区重金属污染现状,建议进一步加强土壤重金属污染防治工作,加强源头治理、农产品食品安全监测和Cd元素污染调查研究工作。

安徽矾矿土壤重金属污染源解析模型对比与优选

矿区资源开采导致土壤污染日益严重,直接影响周边土壤、水体环境的稳定性,精准预测重金属污染源解析对矿山修复、治理具有重要指导作用。在前期研究基础上,为提升土壤介质模型的解释度,进一步选取了土壤重金属源解析评价中成熟度高且精准性好的正定矩阵因子分析法(positive matrix factorization, PMF)及绝对因子分析-多元线性回归(absolute factor analysis-multiple linear regression, APCS-MLR)模型,以充实前期UNMIX多元受体模型分析矾矿土壤重金属污染来源及源贡献率的结果,结合生态风险评价方法,对比定量条件下最适宜解析研究区域源的模型。结果表明:1)生态高风险区域主要集中在研究区南部和东部,Cd是矿山主要风险元素,地累积指数(index of geoaccumulation)均值3.75与潜在生态风险指数(potential ecological risk index)均值731.22解析结果高度一致,但潜在生态危害指数的结果综合性更好。2)对比3种模型的污染源解析结果,PMF模型解析出4个污染源:分别为燃煤源、自然-交通综合源、自然源和大气沉降源,源贡献率分别为38.15%、20.62%、24.28%、16.95%。3)PMF模型的总体变量拟合优度R2达到了0.96,拟合效果最好。PMF模型模拟数据会集中采样点误差,确定最适污染源数目及相应污染物贡献率,使得源解析结果更精准,更适用于复杂的矿山污染土壤情况,符合实际研究情况。该研究结果可为后续矿区开采后污染土壤的修复治理工作提供溯源依据参考。

湘西北北部地区黑色岩系铀多金属成矿环境研究

湘西北北部地区主要包括晓坪坳陷、慈利断陷盆地等区域,是湘西北成矿带上有用元素种类和矿物类型最为丰富的地区。文章通过对湘西北北部地区开展系统的地质调查评价和取样分析,研究表明区内铀多金属矿化形成环境主要为深水环境向浅水环境的过渡区域,海洋中的边缘浅海环境具有更佳的铀成矿条件。微量元素特征参数表明,研究区从震旦纪到寒武纪海洋环境是由相对富氧向缺氧环境的转变,寒武纪在海水缺氧的大背景下,发生过一到两次短时间小规模的充氧事件。对U、Th、稀土等元素的研究表明湘西北北部地区从震旦纪晚期到寒武纪早期U的富集速率明显加快,而后U富集速率逐渐降低,指示研究区在寒武纪早期海洋中的热水作用最为强烈,而后逐步减弱,且成矿作用过程中有深部物质的参与,矿化越好,受深部热水影响越强。对Ce的研究结果表明,研究区震旦纪到寒武纪在大的海退背景下存在3个较为明显的海平面“升-降”转化界面,可以将这段地质历史划分为4个海平面升降变化阶段,在海平面升高阶段,沉积物中Ce异常减小,海洋中还原性增强,有利于有机质和铀多金属元素的富集。研究区矿物学方面的发现与通过地球化学方法得出的结论具有较好的一致性,晶质铀矿、铀石等矿物的晶型、共生关系和所包含的Y、Se等元素指示寒武纪时期研究区黑色岩系成矿处于较高温度、强还原的条件下,且海底热流喷涌过程中携带有深源物质参与成矿。

原位微区分析华北典型富锂煤中关键金属赋存规律

煤是特殊的沉积有机岩石,在其形成过程的特定地质条件下,可以富集战略性金属,并在煤系中形成大型或超大型金属矿床。目前已经在华北聚煤区多处煤田发现煤系锂矿化现象,为了查明锂的载体及其赋存规律,本文在矿物组成分析的基础上,采用微区原位分析的方法研究了不同矿物和显微组分中关键金属的赋存特征,为煤系关键金属的富集成因和勘查提供了新的思路。研究结果表明:高岭石是煤中锂的最重要载体,表现为Li-Ga、Li-Zr-Nb-Hf-Ta和Li-Y-Sr不同的元素组合特征,分别代表碎屑物源控制型、火山灰输入型和流体活动参与型三种不同的关键金属富集成因类型。镜质结构体中富集Zr-Hf-Th元素组合,胶质结构体表现为轻度的Li富集;脉状含钠黏土矿物富集Ga-Ba-Tl,脉状磷灰石表现为Ba-Sr-Y富集特征,这些脉体矿物元素的富集是成煤后期流体活动的产物。

我国金属矿山智能化现状与问题探讨

我国金属矿山智能化在经历了前期的探索性研究后,已进入了规模化、常态化应用的新阶段。为了系统评价已形成的研究成果、保证前期积累得以顺利移植和推广,以智能生产和集成平台两类代表性应用为主要内容,总结了金属矿山智能化发展现状和应用效果。结果表明:我国金属矿山在智能开采领域取得了长足的进步,露天矿山的遥控铲装运输、地下矿山的电机车自动化、固定设施的无人值守等项目已开始常态化应用;在集成平台建设上具有鲜明的特色,技术平台、安全平台、集控平台和决策平台已在多个矿山的生产管控中发挥作用。最后,结合现状分析着重探讨了矿山在建设内容选择、关键技术确定、数字化转型路径、管理模式转变、运维与应用效果等方面出现的问题,指出了容易产生的误区,为矿山企业扩大建设成果、保证建设实效、规避建设风险提供参考。

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。

我国金属矿山采—装—运过程中粉尘职业危害防控技术进展与展望

在高温、噪声、粉尘、有毒有害气体等金属矿山主要的职业病危害因素中,由粉尘引起的尘肺病在职业病病例中占比最大,为不断推进粉尘职业健康防护研究,保障金属矿山人员、生产与环境安全,概述了金属矿山尘源与扩散理论以及粉尘职业健康职业防护研究现状,基于安全工程系统性原理,分别从源头治理、过程控制以及个体防护3个维度分析了我国金属矿山采—装—运过程中粉尘职业危害防控技术进展。在此基础上,剖析了目前存在的不足,并展望了未来发展方向。认为现阶段存在的不足在于金属矿山粉尘控制理论体系尚未成熟,金属矿山粉尘智能化监测预警技术研究有待加强,不同粉尘治理技术交叉性、协同性研究与应用较薄弱,以及以现场人员舒适性为导向的个体呼吸防护设备研发需要进一步加强,未来可从完善金属矿山粉尘控制理论体系,开发适用于金属矿山产尘特性的智能化防尘监测预警技术,注重粉尘治理技术的交叉性、协同性研究与应用,以及研发更符合人体工程学的个体防护设备等方面进一步开展工作。

金属抗菌肽SIF_(4)对大肠杆菌拓扑异构酶活性及胞内核酸合成的影响

为系统阐明金属抗菌肽SIF_(4)基于DNA拓扑异构酶靶点的非细胞质膜抑菌机理,以大肠杆菌为模式菌株,研究了金属抗菌肽SIF_(4)与基因组DNA的结合方式、对DNA拓扑异构酶I/II活性以及胞内核酸生物合成的影响机理。研究发现,金属抗菌肽SIF_(4)可能以类似溴化乙锭嵌插方式与基因组DNA结合,对拓扑异构酶I有较强抑制活性,但对拓扑异构酶II影响较小,可通过影响DNA负超螺旋解链和RNA聚合酶结合催化RNA转录过程发挥抑菌活性。研究还发现,经金属抗菌肽SIF_(4)处理12 h后,大肠杆菌胞内总DNA和总RNA生物合成量均受到不同程度的抑制,且呈现良好的量-效关系,1/2最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,MIC)组与对照组(0 MIC)相比,胞内DNA和RNA生物量差异不显著(P>0.05),MIC和2 MIC组与对照组相比,胞内DNA和RNA生物量差异显著(P<0.05)。实验结果可为金抗肽SIF_(4)在食源性大肠杆菌生物防控中的应用提供理论支持。

共价有机框架负载贵金属铂用于电催化析氢

我们探究了共价有机框架负载贵金属Pt的电催化析氢性能.以2,6-二氨基蒽醌和2,4,6-三甲酰基间苯三酚为构筑单元,采用溶剂热法合成了TP-DAAQ COF.随后通过金属前驱体浸渍法制备了Pt-TP-DAAQ COF.X射线粉末衍射,傅里叶红外光谱,氮气吸附/脱附等表明成功制备了TP-DAAQ COF和Pt-TP-DAAQ COF.电化学测试结果表明Pt-TP-DAAQ COF(其中含有5.8%的Pt)展现了比20%Pt/C优异的电催化活性.当电流密度为10 mA∙cm^(-2)时,Pt-TP-DAAQ COF的过电位为45 mV,Tafel斜率为29 mV∙dec^(‒1).这高效的电催化活性源于TP-DAAQ COF与Pt之间良好的协同效应.Pt-TP-DAAQ COF具有较大的比表面积和规整的一维孔道,使催化位点更易于与电解液中的物质发生接触和相互作用,从而增强了其催化性能.

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。

便携式激光诱导击穿光谱仪测定土壤中重金属

土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱数据建立定标数据库,通过支持向量机建立回归模型对土壤重金属元素含量进行定量反演。现场检测获取的全波段光谱波动在15%以内,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种元素光谱强度相对标准偏差平均值为6.31%。将检测结果与实验室电感耦合等离子体质谱法分析对比,6种元素的皮尔逊相关系数r在0.8501~0.9829,检测结果80%以上处于±30%相对误差区间分布。对比结果表明自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场检测仪可以满足现场快速检测需求。

金属基磷化物纳米材料制备与电催化应用研究进展

处于纳米尺度的磷化物及其与贵金属构成的复合材料具有独特的物理和化学性质,在电催化领域有广泛应用。例如,在甲醇电催化氧化反应中,由于磷(P)比金属铂(Pt)或钯(Pd)等具有更大的电负性,金属原子的外层电子被P吸引而偏向P原子,从而间接提高了Pt或Pd对CO类中间产物的耐受性;在电解水析氢反应中,P可以作为质子受体,增强H^(+)在金属上的吸附,从而促进析氢反应;在电解水析氧反应中,金属基磷化物容易被氧化成氧化物和氢氧化物,从而形成氧化物/氢氧化物-磷化物界面,进一步促进析氧反应。纳米颗粒的催化性能很大程度上取决于催化剂的结构、组分、组分之间的相互作用以及活性位点的电子结构,因此,对金属基磷化物基纳米复合材料的这些性质进行合理调控是提升其电催化性能的关键。本文所综述的材料范围包含金属基磷化物本身及其与贵金属构成的纳米复合材料,首先概括介绍金属基磷化物基纳米复合材料的合成方法和表征技术,进而阐述如何利用复合材料中晶格应变和电子耦合等物理效应提升电催化活性和稳定性。最后,围绕金属基磷化物基纳米复合材料电催化性能进一步提升的问题,对其未来合成策略和发展进行展望。

汾河流域地表水金属元素分布特征与健康风险评价

为研究汾河流域地表水中金属污染特征及其健康危害程度,本文采集汾河流域主要支流入河口及干流断面水样39组,检测As、Cu、Pb、Zn、Hg、Ni、Mn、Fe和Co共9种金属元素含量,利用多元统计分析法、水环境健康风险评价模型分析了流域地表水中金属元素分布特征及对成人与儿童产生的健康危害.结果表明,研究区主要超标元素为Hg、Fe和Mn,污染区主要分布于汾河干流中下游和支流.汾河干流上游Fe、Mn、Zn和Co变化幅度较大,中游、下游次之;各支流金属元素含量差异较大.多元统计分析显示,Hg和As主要来源于工业污染及农业污染等;Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Fe和Mn来源于工农业生产和交通运输.健康风险评价表明,汾河流域各河段健康总风险为汾河支流>汾河下游>汾河中游>汾河上游,汾河中下游和支流健康风险危害较大,健康风险均为中等;经饮用水途径造成的健康风险儿童是成人的1.15倍,儿童更易受到金属元素的危害;As为支流浍河和昌源河的主要致癌因子;各河段优先控制金属元素为As、Co、Pb、Fe和Hg.