两株耐铬菌的分离鉴定及对Cr(Ⅵ)污染土壤的治理

为实现高质量比铬污染场地的微生物修复,从华北某废弃铬盐厂取土样分离出两株高效铬还原菌,并对两株菌进行16S rRNA鉴定,分别命名为Agrobacterium sp. Cr-1(Cr-1)和Lysinibacillus sp. Cr-2(Cr-2)。将两菌株分别投入高质量比铬污染土壤中,通过分析土壤Cr(Ⅵ)质量比、pH值、铬形态的变化,探究两菌株对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的治理能力。通过细菌多样性和代谢组学分析,根据细菌种类、代谢物和代谢物通路的差异分析了两菌株的Cr(Ⅵ)解毒及还原的原理。当反应42 d后,投加Agrobacterium sp. Cr-1和Lysinibacillus sp. Cr-2的土壤Cr(Ⅵ)质量比分别由1 100 mg/kg降至33.49 mg/kg和92.29 mg/kg。研究显示:两种菌株均能够实现对高质量比Cr(Ⅵ)污染土壤的高效修复。

rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原性能及机理分析

以还原氧化石墨烯(rGO)为载体,采用原位聚合法将聚苯胺(PANI)负载到rGO上以增大其比表面积,探究复合材料对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附还原反应效果。采用SEM、XRD、BET、FTIR和XPS等对rGO/PANI复合材料进行表征,从吸附等温模型、吸附动力模型等角度探讨rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的吸附还原反应特征及机理。结果表明,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的去除包括吸附、络合和还原三个部分。Cr(Ⅵ)一部分吸附在rGO/PANI表面,一部分还原成Cr(Ⅲ),还原的Cr(Ⅲ)部分被络合在复合材料表面,少量扩散到溶液中。在pH=2时,rGO/PANI对Cr(Ⅵ)的最大去除量可达到97.61 mg/g,其中,吸附还原量为73.46 mg/g,溶液中剩余的Cr(Ⅲ)浓度为24.13 mg/L。

以NH_(2)-MIL-53(Al)为前驱体制备多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附剂及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

铬是污染性金属元素,铬含量是水质污染控制的一项重要指标,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大,且易被人体吸收.本研究以水中的Cr(Ⅵ)吸附传质分离为目标,利用以铝为金属源水热法合成的铝基MOFs为前驱体,600℃煅烧后制备了多孔掺碳Al_(2)O_(3)吸附材料,利用现代分析技术对其进行微观结构表征,探究了其吸附作用能力与机制.研究结果表明,XRD、SEM、BET等表征手段证明了NH_(2)-MIL-53(Al)与多孔掺碳Al_(2)O_(3)结构的成功合成.前驱体NH_(2)-MIL-53(Al)和煅烧后的衍生物多孔掺碳Al_(2)O_(3),在形貌上相似,且多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料(180.24 m^(2)·g^(-1))的比表面积要大于NH_(2)-MIL-53(Al)(116.73 m^(2)·g^(-1)).多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量最大可达到671.56 mg·g^(-1).吸附动力学模型拟合结果显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料对Cr(Ⅵ)的吸附行为与Langmuir等温线模型和伪二阶动力学模型更加拟合.研究显示,多孔掺碳Al_(2)O_(3)材料可以作为除Cr材料实现对Cr(Ⅵ)的高效去除.

以箬叶“炭”究Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的检测与吸附综合实验

本文以“科教融合”为导向,以湖北鹤峰的箬叶为原料,制备生物质炭和碳量子点并进行基本表征,以生物质炭吸附Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ),以荧光淬灭法检测Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ),吸附和检测过程绿色环保。结果表明生物质炭吸附Cr(Ⅲ)的吸附符合颗粒内扩散模型,吸附Cr(Ⅵ)符合准二级动力学模型,二者均为自发吸热过程。作为本科生综合教学实验,本实验不仅涉及多种无机化学、分析化学、物理化学、仪器分析的理论知识,还包含了制备、表征、数据处理、吸附机制分析等重要环节,同时融入了文化自信、地域文化和绿色化学等课程思政理念。该创新实验教学时长约为24小时,适合用于综合化学实验教学,实现了基础化学理论在实践中的有效应用,提升了化学专业学生的综合能力。

一株耐铬细菌的分离鉴定及其对Cr(Ⅵ)的抗性

从山东省某含铬农田土壤取样进行宏基因测序、16SrDNA以及构建系统树等方法分离、鉴定耐铬细菌,并通过扫描电子显微镜等研究其对Cr(Ⅵ)的抗性。某含铬农田土壤中的优势菌为Enterobacter cloacae(阴沟肠杆菌),将其命名为Enterobacter cloacae SD。SD的Cr(Ⅵ)耐受质量浓度可达3 200 mg/L;在150 mg/L Cr(Ⅵ)中培养时,菌落较不加Cr(Ⅵ)时少且分散,但单菌落较大;SD细胞表面粗糙,似有沉淀物产生。以酵母浸粉为碳源,pH值为7,培养温度为30℃时菌株SD可较好生长。在150 mg/L Cr(Ⅵ)下,SD对Cr(Ⅵ)的去除率为39.67%。研究表明Enterobacter cloacae SD可耐受高质量浓度Cr(Ⅵ)的同时,对Cr(Ⅵ)有一定的去除能力,这为Cr(Ⅵ)污染的微生物修复提供了可能的菌种资源。

煤基压块活性炭的制备及吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力研究

为了降低压块活性炭的制备成本,以大同不黏煤为主料,桃山焦煤和重相沥青为黏结成分,以高温煤焦油和水为成型助剂制备压块活性炭。依靠调节配煤比例和改变活化条件来调控活性炭孔结构。利用碘吸附值、亚甲蓝吸附值、耐磨强度等表征活性炭常规性能;研究了样品吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力,并考察了活性炭再生效率和质量损耗情况。结果表明:在大同不黏煤、桃山焦煤、重相沥青、高温煤焦油和水的配比为51∶24∶9∶7∶9的基础上,活化温度和时间分别为875℃和2.5 h的条件下制备出的压块活性炭性能最优,其耐磨强度为90%,碘吸附值为902 mg/g,亚甲基蓝吸附值为270 mg/g,比表面积为992.6 m^(2)/g;对水溶液中Cr(Ⅵ)最大吸附容量可达27.3 mg/g;质量分数为5%的硝酸溶液对饱和活性炭在50℃条件下再生8 h效果最佳,再生5次以后,其质量损耗率为21%,性能恢复率为70.06%。

磁性茶渣的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究

采用化学交联法在废茶渣(TW)上负载Fe_(3)O_(4)磁性粒子,制备了新型生物质基磁性吸附剂-磁性茶渣(MTW),利用SEM和FTIR进行了表征,并研究了MTW对于水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。在30℃、pH为2、吸附剂用量1 g/L、吸附时间120 min时,MTW对初始浓度为20 mg/L的Cr(Ⅵ)的吸附率为91%。Cr(Ⅵ)在MTW上的吸附符合Langmuir等温线模型和准二级动力学模型,在40℃下,最大吸附容量为33.847 mg/g。热力学参数表明,吸附是自发和吸热的。

黄杨枝生物炭的特性表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附机理研究

重金属Cr(VI)是水污染的主要来源之一,为提高园林废弃物资源化利用水平,寻找碳基吸附剂新材料,使用园林废弃物黄杨枝制备生物炭来探究其对水体中Cr(Ⅵ)的吸附机制。采取批量吸附试验研究溶液初始pH值、吸附温度和吸附时间等对生物炭吸附Cr(Ⅵ)的影响;通过BET-N_(2)、SEM-EDS、FTIR和XPS等表征方式以及Cr(Ⅵ)价态变化对黄杨枝生物炭吸附前、后进行吸附机理分析。结果表明:黄杨枝生物炭去除Cr(Ⅵ)的最适pH值为2,最佳吸附温度为55℃,吸附时间为3.0 h时,Cr(Ⅵ)的去除效率接近100%;化学吸附是其主要吸附方式,吸附机理主要包括氧化还原反应、络合作用和静电作用;低温热解的黄杨枝生物炭是一种新型高效的碳基吸附材料,可在提高园林废弃物资源化水平的同时,用于重金属Cr(Ⅵ)的处理。

我国典型土壤Cr(Ⅵ)固-液分配系数K_(d)值及其在推导保护地下水的土壤环境基准中的应用研究

Cr(Ⅵ)是铬盐、电镀、皮革等行业的特征污染物,极易因土-水迁移造成地下水污染。对于迁移性较强的污染物〔如Cr(Ⅵ)〕,有必要制定保护地下水的土壤环境基准。Cr(Ⅵ)在不同土壤上的吸附和解吸特征参数不同,为获取我国典型土壤Cr(Ⅵ)吸附及解吸过程的固-液分配系数(K_(d)),本研究采用我国黑龙江海伦黑土、河南封丘潮土、海南儋州砖红壤等12种典型土壤,开展了吸附动力学及吸附-解吸平衡实验。动力学研究结果表明,12种土壤均在48 h内达到吸附平衡,与拟一级动力学模型和Elovich动力学模型相比,拟二级动力学模型对Cr(Ⅵ)的土壤吸附动力学过程有更好的拟合效果。吸附平衡实验表明,相较Langmuir等温吸附模型,Freundlich等温吸附模型能够更好地拟合Cr(Ⅵ)在我国典型土壤上的吸附特征。Cr(Ⅵ)土壤吸附过程的固-液分配系数(K_(d)x)非固定值,随着平衡液Cr(Ⅵ)浓度的增大,K_(d)x逐渐减小。解吸平衡实验表明,Cr(Ⅵ)土壤解吸过程的固-液分配系数(K_(d)j)高于吸附过程的对应值。基于三相平衡估算土壤平衡液Cr(Ⅵ)浓度时应采用K_(d)j,且其取值因平衡液Cr(Ⅵ)浓度而异。基于污染土壤与地下水直接接触且不存在地下水稀释的保守假设条件,本研究初步提出了保护地下水的不同土壤的Cr(Ⅵ)环境基准值,研究结果丰富了我国典型土壤Cr(Ⅵ)基础参数数据库,为我国分区制定保护地下水的土壤Cr(Ⅵ)环境基准积累了科学数据。

碱性条件下Cr(Ⅵ)和腐殖酸对赤铁矿胶体在多孔介质中迁移过程的机理研究

赤铁矿胶体是一种广泛存在于土壤中的活性组分,可与重金属Cr(Ⅵ)发生吸附、沉淀、络合等多种化学作用,从而影响Cr(Ⅵ)在土壤中的迁移富集.探究赤铁矿胶体-Cr(Ⅵ)-腐殖酸(HA)三元体系在多孔介质中的共迁移过程,对于深入理解Cr(Ⅵ)污染过程和防控原理具有重要意义.该研究通过吸附、聚集和柱迁移实验,探究了碱性条件下Cr(Ⅵ)和HA对赤铁矿胶体的聚集动力学和迁移能力的影响.结果表明:与不加Cr(Ⅵ)相比,加入0.25~10 mg/L Cr(Ⅵ)会提高赤铁矿胶体的ζ电势,降低胶体与石英砂之间的最大排斥势垒,阻滞赤铁矿胶体在砂柱中迁移,穿透峰值从61%降至50%左右.引入HA会增加赤铁矿胶体表面负电荷,增强Cr(Ⅵ)与赤铁矿胶体之间的静电斥力,且与Cr(Ⅵ)竞争吸附赤铁矿胶体表面的结合位点,抑制Cr(Ⅵ)在赤铁矿胶体上的吸附,导致胶体与石英砂之间的最大排斥势垒升高.Cr(Ⅵ)和HA的吸附先后顺序对赤铁矿胶体稳定性和迁移性有显著影响.赤铁矿胶体在HA-Cr(Ⅵ)体系中的ζ电势和水合粒径(分别为−30 mV和200~300 nm)比Cr(Ⅵ)-HA体系(分别为−28 mV和400~500 nm)要小,且在HA-Cr(Ⅵ)体系中穿透峰值更高.研究显示,在碱性条件下,尽管HA会抑制Cr(Ⅵ)在赤铁矿胶体表面上的吸附,但会增加赤铁矿胶体在环境中的稳定性和迁移性,使得吸附在赤铁矿胶体表面的Cr(Ⅵ)随胶体发生共迁移的可能性增加,具有潜在的环境风险.

氯化锌改性甘蔗渣生物质炭对Cr(Ⅵ)的吸附研究

以甘蔗渣为原料,采用氯化锌改性的方法,制备新型改性生物质炭并用作吸附剂去除水体中的Cr(Ⅵ)。采用SEM、FTIR对改性前后的生物质炭表面结构、孔径、比表面积和表面官能团进行了表征。通过初始浓度、吸附剂用量、温度、时间和pH值五组单因素控制实验,确定了最佳吸附条件,探讨了各种因素对吸附效果的影响。实验结果表明,在改性生物质炭用量为2 g·L^(-1),35℃,pH2.0左右,吸附时间120 min,铬离子初始浓度为100 mg·L^(-1)的时候吸附效果最好,吸附量45.64 mg·g^(-1),去除率可达91.64%。该生物质炭对Cr(VI)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,吸附过程符合准二级动力学方程。

微塑料对重金属Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)的吸附特征研究

通过氧化-紫外老化的实验室模拟老化法对原始微塑料进行老化,研究原始和老化聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚乳酸(PLA)微塑料在水溶液中对Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)的吸附特征。SEM、BET、XRD、XPS和FTIR结果表明,氧化-紫外老化法增加微塑料表面粗糙度、孔隙体积和含氧官能团。动力学和等温线吸附实验结果表明,原始微塑料和老化微塑料对Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)的吸附分别以单层的物理吸附和多层的化学吸附为主。微塑料对重金属Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)的吸附能力和吸附特点与微塑料种类有关。可生物降解微塑料PLA对Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)均表现出较强的吸附能力。

改性生物炭对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

针对目前水体中重金属污染的热点研究,利用商用花生壳生物炭(BC1)优异的比表面积、丰富的凹陷和孔道结构,制备一种改性生物炭(H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1)。以废水中Cr(Ⅵ)为处理目标物,研究H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1对废水中Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。利用XRD,FESEM,FTIR表征吸附剂结构,利用动力学和吸附等温线拟合分析改性生物炭的吸附机理。此外,研究了吸附温度、Cr(Ⅵ)的初始质量浓度、H_(2)O_(2)-Fe(Ⅱ)-BC1投加量和pH对吸附性能的影响。实验结果表明,改性生物炭显著增强了对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能且吸附过程以物理吸附为主导。

N/P共掺杂茶叶废弃物生物炭的制备及对水体中Cr(Ⅵ)污染物的修复评价

以茶叶废弃物为原料,采用NH_(4)H_(2)PO_(4)预处理热解制备了一种N/P共掺杂的茶叶废弃物生物炭,采用BET、SEM-EDS、XPS、FT-IR对样品进行了表征,并考察了活化温度对生物炭孔道结构及对水体中Cr(Ⅵ)污染物的修复评价。结果表明,活化温度达到500℃时,生物炭具有较高的比表面积及修复性能。在pH=2,投加量为1.2g·L^(-1)的生物炭可在30min内快速彻底除去30mg·L^(-1)Cr(Ⅵ)溶液。经过五次循环实验后,Cr(Ⅵ)去除率仍保持在80%以上。该吸附过程符合Langmuir等温模型和准二级动力学模型。

螯合剂与低分子有机酸复配淋洗修复Cr(Ⅵ)污染土壤

为探究可生物降解螯合剂氨三乙酸(NTA)替代乙二胺四乙酸二钠(EDTA)在复配淋洗剂中的作用,本文研究了NTA和EDTA与草酸和酒石酸所配制的复配淋洗剂在不同浓度、固液比、pH值和淋洗时间下对Cr(Ⅵ)污染土壤淋洗效果的影响及淋洗动力学,此外还使用顺序提取方案(BCR)分析了淋洗前后土壤中重金属的形态、迁移率和稳定性变化。结果表明:混合等体积的0.25 mol·L^(-1)NTA和0.3 mol·L^(-1)草酸在固液比为1∶9、pH为3、淋洗时长为240 min条件下达到最大Cr(Ⅵ)去除效率82.94%,这与使用EDTA淋洗时的效率相近;该复配淋洗剂淋洗Cr(Ⅵ)污染土壤时的动力学符合拟二级动力学方程;BCR实验结果表明,NTA和草酸复配淋洗后土壤中Cr的弱酸可提取态、可氧化态和残渣态组分含量分别从6346.67、4280.00、2387.67 mg·kg^(-1)下降至1161.67、433.35、741.00 mg·kg^(-1),可还原态组分从2746.67 mg·kg^(-1)上升至6016.67 mg·kg^(-1),污染土壤重金属迁移率下降。淋洗后土壤有机质含量从13.47%上升至30.56%,脲酶和脱氢酶活性分别从46.32、329.09μg·d^(-1)·g^(-1)降低至29.36、131.98μg·d^(-1)·g^(-1),土壤结构基本与原土一致。因此,NTA与草酸复配淋洗剂是一种高效且对土壤影响较小的淋洗剂。

硅酸铁钠光催化剂的表面调控及光还原除Cr(Ⅵ)性能研究

绿色、价廉、稳定的硅酸盐类光催化剂是当前研究热点之一。硅酸铁钠(NaFeSi_(2)O_(6),SFS)是一种链式硅酸盐,组成元素简单,能够吸收可见光,因而受到人们的关注。首先通过水热方法合成原始SFS粉末,而后经热还原过程调控SFS表面的微结构与Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)比率,制备出最优的改性SFS用于Cr(Ⅵ)还原。研究发现,经过200℃热还原之后的SFS-200,比表面积增大了43%、孔体积增大到0.081 cm^(3)/g、Fe(Ⅱ)占比从33%提高到45%,显著提高了其对Cr(Ⅵ)的催化还原活性。同时,探究了SFS-200催化剂用量、还原时间、草酸助剂用量、Cr(Ⅵ)浓度等因素对催化性能的影响。分析发现,催化体系中Fe(Ⅱ)-C_(2)O_(4)^(•-)是主要活性物质,维持Fe(Ⅲ)-Fe(Ⅱ)的化学循环以增强SFS-200的Cr(Ⅵ)高效光还原去除能力。该研究提供了一条制备高性能硅酸铁钠光催化剂用于Cr(Ⅵ)污水净化的有效途径,具有较大的应用潜力。

膨润土改性微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能

针对高毒性含铬废水处理难、水华藻类资源化利用率低等问题,本研究拟制备膨润土改性微囊藻基生物炭(BMC),使用扫描电镜、X射线衍射和比表面积分析等方法对使用膨润土改性前后的微囊藻基生物炭的属性进行表征,研究初始pH、生物炭投加量对改性前后微囊藻基生物炭吸附Cr(Ⅵ)效果的影响,并对吸附过程进行动力学和等温模型拟合。结果表明,膨润土改性后微囊藻基生物炭表面官能团和阳离子交换容量均大幅增加,改性前后微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型;在pH=2、投加量为2 g/L的试验条件下,改性微囊藻基生物炭对Cr(Ⅵ)的饱和吸附容量达到10.87 mg/g,是改性前微囊藻基生物炭(MC)饱和吸附容量的3.94倍,微囊藻基生物炭改性后显著促进了对Cr(Ⅵ)的吸附;静电吸附和氧化还原作用是微囊藻基生物炭去除Cr(Ⅵ)的主要机制。本研究成果可为含铬废水处理提供新方法,并可为水华藻类的资源化利用提供新思路。

白术多糖对Cr(Ⅵ)诱导PK-15细胞凋亡和小鼠肾损伤的影响

为探讨白术多糖(RAMPS_(t))对Cr(Ⅵ)致PK-15细胞凋亡和小鼠肾损伤的保护作用,为临床中药多糖缓解重金属中毒导致肾损伤提供理论依据。采用RAMPS_(t)干预Cr(Ⅵ)所致PK-15细胞损伤,检测细胞存活率、ROS水平、线粒体膜电位、细胞凋亡率及Bax、Bcl-2蛋白表达水平,测定MDA、SOD和GSH含量。为了进一步验证RAMPS_(t)对Cr(Ⅵ)致小鼠肾氧化应激及凋亡的保护作用,检测肾组织中ROS、MDA、SOD、GSH的变化及Bcl-2、Bax的表达水平。结果显示,RAMPS_(t)缓解Cr(Ⅵ)引起细胞内ROS水平升高,线粒体膜电位下降,MDA水平升高及SOD、GSH水平降低,且减少细胞凋亡率。同时,RAMPS_(t)增强Bcl-2蛋白表达水平,降低Bax蛋白表达水平。RAMPS_(t)干预可抑制Cr(Ⅵ)致小鼠ROS、MDA水平升高和SOD、GSH水平下降;并且降低Bax蛋白表达水平,增加Bcl-2蛋白的表达水平,减轻Cr(Ⅵ)诱导的小鼠肾脏细胞凋亡。因此,RAMPS_(t)通过降低ROS水平,阻断氧化应激介导的线粒体凋亡途径,从而拮抗Cr(Ⅵ)致PK-15细胞和小鼠肾氧化应激及凋亡的作用。

GO/CS复合微球的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

重金属六价铬离子对环境有着严重的污染,研发一种高效的吸附剂很有必要。采用相转变法制得壳聚糖/氧化石墨烯复合材料(GO/CS)。通过X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)对微球的结构、表面形貌等进行了表征,并探究了复合微球的滴球温度、吸附剂加入量、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度、吸附温度、吸附时间、吸附溶液pH、微球粒径等因素对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。结果表明:在滴球温度为30℃,吸附剂加入量为0.3 g、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度为40 mg/L、吸附温度为40℃、吸附时间为120 min、吸附溶液pH=4的条件下,壳聚糖/氧化石墨烯复合微球对Cr(Ⅵ)的吸附性能达到最高,最大吸附率达84.98%。

改性花生壳生物质炭对土壤中Cr(Ⅵ)的吸附机制

为了提高土壤中重金属Cr(Ⅵ)的去除率,采用简单高效的吸附法,筛选廉价且吸附效果好的吸附剂成为土壤中重金属去除的研究热点.以农业废弃物花生壳为原料,用FeCl_(3)和ZnCl_(2)改性得到改性花生壳生物质炭(MPS),将其用于土壤中重金属Cr(Ⅵ)吸附研究实验中.考察pH值、投加量、反应温度、初始浓度和反应时间对Cr(Ⅵ)去除率的影响,并对吸附机制进行探讨.结果表明,在pH值为3时,MPS添加量为土壤质量的5%,反应温度为30℃,初始质量浓度为120mg·L^(-1),反应时间为120min,得到的最高去除率为98.23%.参数拟合结果表明,改性花生壳生物质炭Langmuir吸附模型的相关系数R^(2)高达0.993,准二级动力学拟合的相关系数R^(2)为0.987,表明是单分子层反应.