半焦条件优化对油页岩Cd^(2+)、Pb^(2+)吸附性能的影响

为深入研究温度对半焦油页岩Cd^(2+)、Pb^(2+)吸附性能的影响,以新疆巴里坤矿区油页岩(oil shale,OS)渣为原料,在200~800℃下半焦改性,制备出4种半焦油页岩(OS-200、OS-400、OS-600、OS-800)。使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)、X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)、比表面积分析方法BET(Brunauer-Emmett-Teller)和傅里叶变换红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)等技术进行了物相表征,通过吸附试验研究了其对Cd^(2+)、Pb^(2+)的吸附性能。结果表明:通过不同温度的焦化,OS的物理性状、热重特性等均发生明显变化,在未改变其基本矿物成分的基础上改变了—OH、C O和Si—O—Si化学键的活性,增加了其比表面积。OS-600表现出更好的吸附性能,在pH=7,25℃的条件下,Langmuir方程及准二级动力学模型能够更好地拟合吸附过程。拟合结果显示OS-600理论Cd^(2+)最大吸附量为9.04 mg/g,Pb^(2+)最大吸附量为44.84 mg/g。实测OS-600对Cd^(2+)、Pb^(2+)的实测吸附量分别为6.69、35.42 mg/g,分别高出OS原样吸附量的53.44%、71.69%。OS半焦温度以400~700℃为宜,半焦时间不低于2 h,研究结果为半焦OS制备吸附材料时温度条件优化提供了理论支撑。

重金属Pb^(2+)、Cd^(2+)胁迫对青稞幼苗抗氧化能力的影响

为了解重金属对青稞幼苗的伤害机理以及青稞对重金属胁迫的抗性作用,以青稞幼苗为实验材料,采用水培方法研究了50 mg.L-1Pb2+、Cd2+胁迫对青稞幼苗叶片相对含水量(RWC)、丙二醛(MDA)和脯氨酸含量、抗氧化酶活性的影响。结果表明,50 mg.L-1Pb2+胁迫下青稞幼苗的叶片相对含水量(RWC)变化不大,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性在胁迫后期有所升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性在前期升高比较明显,其后缓慢下降。50 mg.L-1Cd2+胁迫下青稞幼苗叶片RWC明显减少,MDA含量显著增加,脯氨酸含量先急剧升高后下降,POD、CAT活性随着胁迫时间的增加而显著增强,其中CAT活性在胁迫末期稍有下降,SOD活性先明显升高后下降。综合来看,青稞幼苗在受到相同浓度Pb2+、Cd2+胁迫时,对Pb2+的抵抗能力大于Cd2+。

Pb^(2+)、Cd^(2+)胁迫作用下蚯蚓、菌根菌及其联合作用对植物修复的影响

以林地下的黄壤为载体,采用盆栽试验研究了Pb2+、Cd2+胁迫作用下接种蚯蚓、菌根菌以及二者联合接种状态下对植物修复的影响。结果表明,蚯蚓可显著提高植物地上部分的生物量,而接种菌根菌可提高植物体内重金属积累的浓度,二者联合作用下植物地上部分吸收的重金属总量最多,修复效率最高。可为植物修复进一步的研究与应用提供一定的科学依据。

碱蓬对Pb^(2+)、Cd^(2+)单一及复合胁迫的反应及其吸收累积特征

采用室外盆栽模拟方法,比较并分析了Pb^(2+)、Cd^(2+)单一及复合胁迫对碱蓬生长的影响及其对Pb^(2+)、Cd^(2+)的吸收和累积规律。结果表明:在单一Pb^(2+)、Cd^(2+)胁迫下,低浓度时(Pb^(2+)20mg/kg、Cd^(2+)5mg/kg)促进碱蓬生长,高浓度时(Pb^(2+)200mg/kg、Cd^(2+)≥20mg/kg)抑制碱蓬生长,富集系数(BF)均>1。Pb^(2+)、Cd^(2+)复合胁迫时,情况较复杂,既有拮抗作用,又有协同作用,与2种重金属浓度密切相关。碱蓬对Cd^(2+)的BF受Pb^(2+)影响显著,且均>1,表明碱蓬是Cd^(2+)的超富集植物;碱蓬对Pb^(2+)的BF主要受Pb^(2+)自身浓度大小的影响,当Pb^(2+)浓度≤200mg/kg时Pb^(2+)的BF>1,Pb^(2+)浓度>200mg/kg时碱蓬对Pb^(2+)的BF反而减小,且<1,加入Cd^(2+)对其影响不显著。碱蓬对Pb^(2+)、Cd^(2+)的富集吸收模式基本符合简单二次方程,这为研究碱蓬在Pb^(2+)、Cd^(2+)复合胁迫下的吸收累积机制提供理论依据,有利于碱蓬被应用于Pb^(2+)、Cd^(2+)污染的高盐碱地区的植物修复实践。

Pb^(2+),Cd^(2+)胁迫对棉花保护酶及丙二醛含量的影响

分别用离子浓度为0 mol/L(ck),6 mol/L,10 mol/L,20 mol/L,30 mol/L,50 mol/L,100mol/L的Pb2+,Cd2+溶液处理经过珍珠岩栽培后又在1/2 Hoagland培养液进行培养的棉花幼苗,14 d后对其叶片的保护酶SOD,POD和CAT的活性以及MDA的含量进行测定。结果显示:低浓度Pb2+,Cd2+胁迫下,SOD,POD,CAT活性及MDA含量均高于对照。当Cd2+浓度达到30 mol/L时,SOD,POD及CAT活性最高,随着Cd2+浓度继续升高,SOD,POD及CAT活性随之降低。当Pb2+浓度达到50 mol/L时,SOD,POD及CAT活性最高,随着Pb2+浓度继续升高,SOD,POD及CAT活性随之降低。MDA含量随着Pb2+,Cd2+浓度逐渐升高呈升高的趋势。棉花幼苗对Pb2+胁迫的耐受力大于对Cd2+胁迫的耐受力。

Cr^6＋、Pb^2＋、Cd^2＋胁迫下条斑紫菜保护酶系统的响应

研究了不同Cr6+、Pb2+、Cd2+处理浓度对条斑紫菜(Porphyra yezoensis)超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、总抗氧化力(TAC)等保护酶系统的效应作用。结果表明,SOD、POD、TAC活性均随着处理浓度的增加,表现为先升高、后降低的总体趋势;但可溶性蛋白含量均比对照组高。Cd2+处理浓度为0~10mg/L、Cr6+浓度为0~20mg/L、Pb2+浓度为0~30mg/L时,SOD、POD、TAC应激性升高达最高值,之后迅速降低。相关指数分析显示,POD对Cr6+、Pb2+、Cd2+较SOD敏感。TAC为衡量机体抗氧化系统功能状况的综合性指标,SOD、POD在抗氧化系统适应重金属胁迫中起主要作用。条斑紫菜对重金属污染有较强的耐受性,相比较而言,Cd2+的毒性最高,Pb2+次之,Cr6+最弱。POD、SOD、TAC可以作为条斑紫菜受环境重金属污染胁迫的生化生理指标。

改性生物炭对Pb^(2+)和Cd^(2+)吸附性能及机理研究

分别通过磷酸、氢氧化钾、铁及微波对小麦秸秆生物炭进行改性,探究改性生物炭投加量、溶液初始pH及重金属离子浓度对重金属Pb^(2+)及Cd^(2+)的吸附影响及改性生物炭对重金属的吸附机理。结果表明,磷酸及氢氧化钾改性使生物炭表面坍塌且孔隙结构连通,铁改性使比表面积降低,微波改性使生物炭产生少量孔隙。磷酸改性促进-OH及C■O的生成,氢氧化钾及铁改性促进-OH的生成,微波改性对生物炭基团的影响较小。改性方法的优异性依次为磷酸改性、铁改性、氢氧化钾改性及微波改性,改性生物炭添加量的增加能够增强对于重金属的吸附,溶液pH为弱碱性时对于Pb^(2+)的吸附效果最佳,Cd^(2+)的吸附效果随着溶液pH增加而增大,Langmuir等温吸附方程能较好反映改性生物炭对于Pb^(2+)及Cd^(2+)的吸附。

Cd^2＋、Cu^2＋、Zn^2＋、Pb^2＋对菹草生长胁迫影响及其应答机制

为探求不同浓度的Cd^(2+)、Cu^(2+)、Zn^(2+)、Pb^(2+)对菹草(石芽)的生长发育的胁迫及其应答机制,对菹草(石芽)的生长状况、叶片的叶绿素、可溶性蛋白质、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶系统等进行了分析。结果如下:Cu^(2+)、Cd^(2+)质量浓度大于0.5 mg/L,植株无法正常生长或存活;Cu^(2+)胁迫下,植株受损程度相对严重。Zn^(2+)、Pb^(2+)质量浓度小于10 mg/L时,菹草仍可以正常生长,但Pb^(2+)胁迫程度比Zn^(2+)较轻。综上,在相同质量浓度下,4种重金属对菹草(石芽)的胁迫强弱依次为Cu^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)、Pb^(2+)。本研究为生态修复中水生植物的金属阈值提供了有价值的参考。

Pb^(2+)、Cd^(2+)胁迫对白菜保护酶活性及细胞膜透性的影响

用离子浓度分别为0 mol/L、5 mol/L、10 mol/L、20 mol/L、30 mol/L、50 mol/L、100 mol/L的Pb2+、Cd2+处理液分别处理经过珍珠岩栽培后又在1/2 Hoagland培养液进行培养的白菜幼苗,10 d后对其叶片的保护酶SOD、POD、CAT的活性及细胞膜透性进行测定.结果显示:低浓度Pb2+、Cd2+胁迫下,SOD、POD及CAT活性均高于对照.当Cd2+浓度分别为20 mol/L、30 mol/L、10 mol/L时,SOD、POD及CAT活性最高,随着Cd2+浓度逐渐升高,SOD、POD及CAT活性随之降低.当Pb2+浓度分别为30 mol/L、50 mol/L、20 mol/L时,SOD、POD及CAT活性最高,随着Pb2+浓度逐渐升高,SOD、POD及CAT活性随之降低.在Pb2+、Cd2+胁迫下,随着Pb2+、Cd2+浓度的升高,白菜叶片细胞膜透性(CMP)显著升高.并且,白菜幼苗对Pb2+胁迫的抗性要大于对Cd2+胁迫的抗性.

重金属Cd^(2+)、Pb^(2+)胁迫对小白菜生理及其BcMT2a基因表达的影响

为探明小白菜对Cd^(2+)、Pb^(2+)单一及其复合胁迫的响应机理,以不同浓度Cd^(2+)、Pb^(2+)处理小白菜幼苗,对其生物量、生理指标(POD、SOD、CAT活性及MDA含量)及Cd^(2+)、Pb^(2+)在小白菜中的富集情况进行研究,同时克隆与重金属富集相关的金属硫蛋白基因BcMT2a并对其表达特异性进行分析。结果表明:除低浓度Cd^(2+)(10mg/L)对小白菜的根长和地上部分生长有一定的促进作用外,Cd^(2+)、Pb^(2+)及Cd^(2+)—Pb^(2+)处理对小白菜根长和地上部分生长均有一定的抑制作用,且随着浓度的升高,抑制作用逐渐增强;抗氧化酶系统中,POD与SOD活性较高,且与CAT活性均呈现先升后降的趋势。Cd^(2+)浓度为40mg/L时,MDA含量达到最大值。Cd^(2+)、Pb^(2+)在小白菜各组织中的积累顺序依次为根>茎>叶,且Pb^(2+)在一定程度上能够促进Cd^(2+)的吸收。BcMT2a基因编码的蛋白主要存在于细胞核中,属于易突变亲水性蛋白,该基因的相对表达量在一定浓度范围内可随着Cd^(2+)、Pb^(2+)及Cd2—Pb^(2+)浓度的升高而增加,且相对表达量的趋势与抗氧化酶系统结果基本一致,说明小白菜在受到Cd^(2+)、Pb^(2+)及Cd^(2+)—Pb^(2+)胁迫时,抗氧化酶系统与BcMT2a基因有明显的应答,可增加小白菜对Cd^(2+)、Pb^(2+)的耐受性。

Cd^(2+)、Pb^(2+)胁迫下对开蕨配子体发育的比较研究

为明确重金属污染对对开蕨配子体生长发育的影响,探究对开蕨濒危的内在原因,以对开蕨配子体为材料,分别设置土壤中不同含量Cd^(2+)(0.2、0.4、0.8 mg/kg)和Pb^(2+)(20、40、80 mg/kg)对其配子体进行单因素胁迫培养,应用光学显微镜对配子体形态结构进行比较观察,并统计了心形原叶体、精子器、颈卵器的形成时间以及精子器、颈卵器等数量的变化情况。结果表明,Cd^(2+)、Pb^(2+)对对开蕨配子体精子器形成时间无显著影响,但对心形原叶体、颈卵器形成时间以及精子器、颈卵器、假根、毛状体数量影响显著。在0.4 mg/kg Cd^(2+)、40 mg/kg Pb^(2+)胁迫下,对开蕨配子体叶绿体变黄,并伴有叶绿体溶解的现象;在0.4 mg/kg Cd^(2+)、40 mg/kg Pb^(2+)胁迫下,精子器细胞壁出现发黄现象,排出的精细胞也呈现黄色;在0.2 mg/kg Cd^(2+)胁迫下,颈卵器顶端到底部颜色逐渐发黄,而在20 mg/kg Pb^(2+)胁迫下,颈卵器从底部向顶端逐渐变黄;在0.8 mg/kg Cd^(2+)、80 mg/kg Pb^(2+)胁迫下,假根出现褐变、弯曲的现象,且在80 mg/kg Pb^(2+)胁迫下,假根出现渗漏现象。0.2 mg/kg Cd^(2+)、20 mg/kg Pb^(2+)对对开蕨配子体的影响较小,但随着Cd^(2+)、Pb^(2+)含量的增加,对开蕨配子体生长所受影响增大,其形态结构发生严重变化。

不同作物秸秆生物炭对溶液中Pb^(2+)、Cd^(2+)的吸附

为研究秸秆生物质炭的性质特征对其吸附重金属的影响,在限氧条件下将粉碎的小麦、水稻、玉米秸秆于450℃热裂解制备三种秸秆炭。研究了三种秸秆炭对溶液中Pb2+、Cd2+的吸附特性,并对其性质特征进行了测定分析。结果表明:三种秸秆炭对Pb2+、Cd2+的吸附符合准二级动力学模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb2+的吸附速率分别为0.044、0.019、0.012 mg·g-1·h-1,对Cd2+的吸附速率分别为0.195、0.164、0.070 mg·g-1·h-1。三者对不同浓度下Pb2+、Cd2+的吸附符合Langmuir等温吸附模型,小麦、水稻、玉米三种秸秆炭对Pb2+的吸附容量分别为99.65、110.31、88.82 mg·g-1,对Cd2+的吸附容量分别为30.64、29.39、21.47 mg·g-1;在溶液p H 2.5~3.5时,三者对溶液中Pb2+、Cd2+的去除率急剧增加。小麦和水稻秸秆炭含有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分以及相对较高的阳离子交换量,对溶液中的Pb2+、Cd2+的去除可能是由于化学沉淀作用较强烈,而玉米秸秆炭的有机碳及官能团含量较高,孔隙结构较好,比表面积大,可能主要通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中Pb2+、Cd2+。

不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附特性

选择由小麦秸秆、玉米秸秆和花生壳经350~500℃热裂解制成的生物质炭,研究生物黑炭对水溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性,分析了pH值、吸附时间、溶液初始质量浓度、生物质炭粒径和投加量对吸附效果的影响。结果表明:生物质炭对Cd2+和Pb2+的吸附约10 min即达平衡;3种生物质炭对Cd2+和Pb2+的等温吸附均可用Langmuir方程和Freundlich方程拟合,玉米秸秆炭对Cd2+和Pb2+的最大吸附量远大于小麦秸秆炭和花生壳炭;在生物黑炭投加量为150 mg(6 g.L-1)时,3种生物黑炭对溶液Cd2+的去除率均在90%以上,玉米秸秆炭对溶液Pb2+的去除率达90.30%,而小麦秸秆炭和花生壳炭的去除率仅为52%和47%,玉米秸秆炭有望成为处理重金属污染废水的新型吸附材料。

Cd^(2+)、Pb^(2+)在根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为

采用1次平衡法对Cd2+、Pb2+在小麦根际和非根际土壤中的吸附-解吸行为进行比较研究.结果表明,根际土对Cd2+和Pb2+的吸附能力高于非根际土,2类土壤对Cd2+的吸附等温线与Freundlich方程有较好的拟合性,Pb2+的等温吸附过程可由Langmuir方程与Freundlich方程来描述.双常数方程是描述根际、非根际土Cd2+和Pb2+吸附动力学行为的最优模型,其次为Elovich方程,最差模型是一级动力学方程.Cd2+、Pb2+的解吸存在滞后现象,相比于非根际土,根际土吸附态Cd2+、Pb2+的解吸率更低,Cd2+、Pb2+的解吸量与其初始吸附量之间的关系符合2次幂方程.2类土壤Cd2+、Pb2+的解吸速率随重金属初始浓度的增加而增加,随解吸时间的延长而不断降低.描述根际和非根际土Cd2+、Pb2+的解吸动力学过程的最优模型均为双常数方程,其次为Elovich方程,一级动力学方程拟合效果不佳.

镉胁迫对不同小麦品种幼苗生长以及Cd^(2+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)吸收和积累的影响

以洛旱6号、豫麦25、豫麦18、豫农949、新麦21及许农5号为试验材料,通过营养液培养法,研究了镉胁迫对其幼苗生物量积累以及Cd2+、Zn2+与Mn2+吸收的影响。结果表明,与正常生长小麦相比,低Cd2+(≤30μmol/L)浓度下,除许农5号地上部生物量有所下降外,其余品种的地上部和地下部生物量均呈上升趋势。中、高Cd2+(≥60μmol/L)浓度下,所有品种的生物量呈下降趋势,所有小麦品种体内Cd2+的含量均随着Cd2+处理浓度的增加而不断增加,而且,根系内Cd2+的含量均明显高于地上部。随着Cd2+处理浓度的增加,所有小麦品种地上部Zn2+的含量均不断增加,地下部Zn2+含量的变化品种间存在差异。地上、地下部Mn2+的含量则随处理浓度增加而不断降低。

胡敏酸吸附重金属Cu^(2+)Pb^(2+)Cd^(2+)的特征及影响因素

采用碱溶酸沉淀法提取腐殖质中的胡敏酸,研究了胡敏酸对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附特征及作用机理。结果表明,在相同初始浓度下,胡敏酸对Cu2+的吸附强度要大于对Pb2+和对Cd2+的吸附。吸附强度顺序为Cu2+>Pb2+>>Cd2+。Langmuir、Freundlich和Temkin方程对Pb2+、Cd2+的吸附呈显著关系,但其中Freundlich方程为最佳拟合方程;对Cu2+的吸附,Langmuir等温式拟合程度最高,Freundlich方程其次,Temkin方程则不适合。pH是影响胡敏酸对Cd2+和Cu2+吸附的主要因素,而对Pb2+吸附的影响较小。总体上低pH值均不利于吸附剂对重金属离子的吸附,随着pH值的增加(pH=2~8),不论吸附量还是吸附率都呈上升趋势。通过红外光谱表征反应物,结果表明,胡敏酸与Pb2+、Cd2+的结合点主要发生在羧基和酚羟基之间,而Cu2+与胡敏酸的结合除了在羧基和酚羟基之间外,更多地发生在羧基和羧基之间。

重金属Pb^2＋和Cd^2＋对毛竹种子萌发及幼苗早期生长的影响

以毛竹种子为试材,研究不同浓度铅离子(Pb2+)、镉离子(Cd2+)对毛竹种子萌发和幼苗早期生长的影响。结果表明:随着Pb2+和Cd2+浓度的增加,毛竹种子的发芽率呈现出先升高后降低的趋势,发芽指数、活力指数均与浓度呈负相关关系;同时,Pb2+和Cd2+对幼苗根伸长、芽伸长及生物量积累等指标具有显著的抑制作用,并且这种抑制作用随着浓度的升高而增强,尤其是根部,根伸长抑制率最高分别达到96.20%和94.00%;幼苗地上部分与地下部分对Pb2+、Cd2+的积累随着胁迫强度的增加而升高,但地下部分的积累量要显著高于前者,相同浓度下最高差距分别达到地上部分的27.21、6.25倍。

Cd^(2+)胁迫对小麦种子萌发、幼苗生长及生理生化特性的影响

以"西旱一号"小麦为材料,研究了镉胁迫对小麦种子萌发、幼苗生长以及丙二醛含量、抗氧化酶活性等的影响.结果显示,低浓度Cd2+处理促进种子萌发,高浓度抑制萌发;小麦根和茎的长度、鲜重、干重和相对含水量在Cd2+处理下较对照均显著降低;高浓度Cd2+处理抑制根细胞伸长生长,诱导膜脂过氧化.小麦叶片叶绿素a含量随Cd2+处理浓度的升高而降低,叶绿素总量在Cd2+处理浓度达到0.6mmol.L-1时较对照显著降低.此外,Cd2+胁迫诱导"西旱一号"小麦叶片CAT、POD和APX活性升高,但不影响叶片中MDA含量,而H2O2含量在0.2mmol.L-1 Cd2+处理下显著降低.结果表明Cd2+胁迫抑制"西旱一号"幼苗的生长,根伸长区细胞伸长生长的抑制和膜脂过氧化程度的增强可能与镉抑制根生长有关;此外,小麦叶片在镉胁迫下可通过提高抗氧化酶的活性来清除H2O2的产生、降低膜脂过氧化损害.

Cd^(2+)胁迫对小麦幼苗生理生化特性的影响

以小麦品种‘西旱2号’和‘宁春4号’幼苗为材料,采用室内水培实验研究了不同浓度Cd(NO3)2处理对叶绿素含量、抗氧化酶活性及渗透性调节物含量等的影响。结果表明,两小麦品种幼苗的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)及叶绿素总量在镉胁迫下均比对照降低,且高浓度镉对‘西旱2号’幼苗叶片Chlb的破坏程度强于Chla;两品种镉胁迫幼苗的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均比对照不同程度地升高;两品种镉胁迫幼苗的可溶性糖含量均与对照无显著差异,但‘宁春4号’幼苗叶片的脯氨酸含量却比对照显著升高,且此效应具有浓度依赖性;镉胁迫下两品种小麦幼苗叶片的MDA含量变化与对照无显著差异。研究显示,两品种小麦幼苗叶片的光合色素在镉胁迫下均受到不同程度的破坏,但它们均能通过增加体内保护酶活性和渗透调节物质含量来缓解膜脂过氧化伤害,从而对镉胁迫均表现出较强的耐受能力。

改性粉煤灰吸附废水中Cd^(2+)、Pb^(2+)、Cu^(2+)的试验研究

采用改性后的粉煤灰为主要原料,对含Cd2+、Pb2+、Cu2+的模拟废水进行了吸附实验,结果表明,废水中Cd2+、Pb2+、Cu2+的初始浓度、粉煤灰用量、pH值、吸附时间等因素均能影响粉煤灰对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附效果。在Cd2+、Pb2+、Cu2+初始浓度均为40mg/L,pH=7,搅拌3h,粉煤灰的投加量分别为14、10、12g/L的条件下,Cd2+、Pb2+、Cu2+的去除率分别达到96.53%、99.21%、97.49%。粉煤灰对Cd2+、Pb2+、Cu2+的吸附等温线符合Freundilich和Langmuir两种模式。