海洋镉生物地球化学循环研究进展

镉是一种重要的有毒重金属元素,对生态系统和人体健康造成严重威胁.目前已有学者对土壤、大气、植物等介质中镉的环境行为进行了综述,而对海洋镉循环的系统梳理较少.本文综述了海洋中镉的来源、浓度分布与影响因素、镉生物地球化学循环过程及镉同位素在海洋中的示踪应用,并对海洋镉循环未来研究方向进行了展望.在现有研究的基础上,未来应在镉全球海洋大尺度循环、迁移转化及微观动力学机制方面开展更深入研究.海洋镉及其同位素生物地球化学循环的研究可为深入理解镉的环境行为与风险和发展有效的镉污染风险防控技术提供科学依据和数据支撑.

马来西亚东部典型泥炭地河流和河口溶解态锰的地球化学特征与影响因素

本文利用催化动力学分光光度法测定了2016年8月(旱季)马来西亚东部泥炭地河流拉让(Rajang)河及河口溶解态锰(DMn)的浓度和2017年3月(雨季)Rajang、马鲁丹(Maludam)、实文然(Simunjan)、实巫友(Sebuyau)、Samunsam和土马丹(Sematan)河及河口DMn的浓度。Rajang河流域旱、雨季DMn浓度分别为(300.3±305.3) nmol·L^(-1)、(424.3±290.3) nmol·L^(-1),无显著性差异(t-检验,P>0.05)。雨季Rajang河DMn浓度与Maludam、Simunjan、Sebuyau、Samunsam和Sematan河之间无显著性差异,说明马来西亚东部砂拉越(Sarawak)州泥炭地河流DMn空间差异不显著。河口DMn在旱、雨季表现出不同的混合行为,旱季Rajang河口DMn表现为非保守混合行为,在盐度0~20区间存在明显的外源输入,而雨季则表现为保守混合行为。Talang岛周围海域DMn浓度为(51.3±3.9) nmol·L^(-1),高于海南岛和越南东部邻近海域DMn浓度。水团的物理混合、悬浮颗粒物的吸附解吸是影响马来西亚Ssrawak州六条泥炭地河流及河口DMn的主要因素。由于马来西亚泥炭地有机物浓度较高,泥炭地河流中的DMn浓度高于其他气候带河流。Rajang河输送至南海的DMn通量为3.3×10^(6) kg·a^(-1),泥炭地河流对南海DMn浓度具有重要影响。

海洋中锰的生物地球化学循环研究

痕量元素在海洋生物地球化学循环中起的作用已受到越来越广泛的关注,近年来形成了新的国际科学计划———痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学研究(GEOTRACES)。锰是GEOTRACES关键参数之一,国际GEOTRACES组织推荐各国组织的GEOTRACES航次对其在全球大洋中的分布进行重点研究。本研究就痕量元素锰的海洋生物地球化学研究进行了较为详细的综述,介绍了锰在海洋中的来源及输送通量、分布、水体中的赋存形式及其迁移转化、生态学功能以及主要的分析方法等。总结了在这一研究领域所取得的成果及存在的不足,并对今后的发展方向进行展望。

碘甲烷的海洋化学研究进展

评述了海洋环境中碘甲烷的来源、分布、迁移和转化等过程的研究进展,并探讨了该领域有待进一歩研究的问题。开展碘甲烷的海洋化学研究,有助于了解海洋中碘元素的生物地球化学循环及其对大气臭氧层的重要保护作用。

氯甲烷的海洋生物地球化学研究

对氯甲烷的海洋生物地球化学循环的研究进展进行述评。介绍了氯甲烷在海洋环境中的来源、分布、去除、海-气通量、大气氯甲烷的源、汇估算及海水中氯甲烷的分析方法等方面,并提出在国内海域进行氯甲烷研究的几点设想。

“碳中和”目标下海洋黑碳的源汇过程及其意义

黑碳是由生物质和化石燃料不完全燃烧生成的碳质混合物。由于黑碳含碳量高,具有芳构化的分子结构,可在自然环境中长期存在,因此黑碳是全球碳循环的重要组分。虽然近年来有关黑碳的性质以及黑碳在地球各圈层中的循环通量及储量的研究取得了一定的进展,但仍需进一步厘清其源汇过程,探讨黑碳在全球碳循环中的作用。初步梳理了全球黑碳循环的路径、通量、时间尺度的相关数据,分析总结了海洋黑碳源汇过程中的迁移机制及相关制约因素。分析认为:海洋沉积物是黑碳的巨大储库,储量达569~1380 Pg,黑碳可在海洋沉积物中持续存在数千年,符合当前“碳中和”背景下“有效碳汇”长周转时间这一重要条件;同时,黑碳在环境中的周转循环时间一般长于生物质碳,对全球变暖具有负反馈效应。因此,黑碳入海沉积是一种有效的海洋碳增汇和碳封存手段,可能是实施碳的捕集、利用和封存(CCUS)战略的有效途径。通过总结与评估海洋沉积物中的黑碳在“碳中和”领域的战略价值和气候意义,认为在生态环境友好的前提下,应积极调控生物质燃烧成因的黑碳的生产源头,优化黑碳入海沉积路径和埋藏海域,充分发挥黑碳在海洋负排放中的积极作用,为我国海洋“碳中和”目标的实现提供基础理论支撑。

雅浦海沟沉积物的生物地球化学特征及其海洋学意义

通过对雅浦海沟4 500和6 500m两个深度的柱状沉积物的含水率、总有机碳和多种地球化学元素含量的测定,总结分析了这些参数的垂向变化规律,采用元素比值法追溯沉积物的物质来源和氧化还原环境变化,并结合扫描电镜确定了沉积物中的生物化石组成,探讨了化石分布特征与地形结构、深海环流及板块运动之间的关系。结果表明,位于碳酸盐补偿深度以上的4 500m深度深渊沉积物自上而下由含硅质黏土逐渐向钙质软泥过渡,其中的沉积断层可能与深海环流或滑坡有关;位于碳酸盐补偿深度之下的6 500m深度超深渊沉积物属于硅质软泥,可能是重力流导致的表层沉积物堆积,这种沉积作用有利于有机碳的埋藏。该区域沉积物主要来自海洋生物源、陆源和火山源;底层流属于氧化环境,可能有南极底层水的流入。第四纪以来,雅浦海沟应无大规模火山喷发,而海沟东侧的卡罗琳海岭由于板块俯冲作用在不断下沉。

16Mn钢在土壤中的阴极保护参数实验室评价技术研究

通过交流阻抗测试技术对16Mn钢在不同土壤中不同湿度条件下的阴极极化行为进行了研究,提出了通过实验室实验确定阴极保护参数的方法.结果表明:可以通过交流阻抗技术绘制出电荷转移电阻(Rt)对阴极极化电位(Ee,c)曲线,用于分析腐蚀过程的控制机制,指导阴极保护参数的选取.由Rt-Ee,c曲线形状可以判断腐蚀控制步骤,并根据曲线上的特征点确定阴极保护最小保护电位、最佳保护电位和最大保护电位,通过失重实验进一步证明了采用Rt—Ee,c曲线选取土壤中阴极保护的参数是可行的.

利用丝束电极技术研究模拟微生物膜／金属界面的电化学不均匀性

利用丝束电极技术研究模拟微生物膜/金属界面局部腐蚀电位、腐蚀电流分布规律与膜内过氧化氢分布的相关性.海藻酸钙凝胶用来模拟微生物膜.结果表明,基于LabVIEW软件及模块化仪器构建的丝束电极测量装置,能快速、准确获得局部电极电位及电流信息.

石墨电极电化学活化工艺与准电容特性

通过多种电化学测试技术评价了石墨电极在2.3 mol/L H2SO4溶液中的电化学活化工艺及其准电容性能。结果表明,活化工艺宜采用恒电流阶跃技术,最佳工艺参数为:阳极电流密度为200 m A·cm-2,阴极电流密度为-120 m A·cm-2,对应活化时间分别为300 s和100 s,循环6次。改性后的石墨电极表面形成了多孔、粗糙的三维活性层,单位面积上具有较高的电容量(2.08 F·cm-2)和良好的倍率特性,可作为一种优异的准电容器材料。

一株海洋假单胞菌产生物絮凝剂去除赤潮生物的实验研究

利用一株假单胞菌（Pseudomonas sp．）的发酵液研究了该细菌产絮凝剂对东海原甲藻和裸甲藻的絮凝去除作用。结果表明。该生物絮凝剂可有效絮凝去除实验所选用两种赤潮生物，并且随絮凝剂用量的增加以及作用时间的延长，去除效果逐渐增加至最大然后基本保持恒定。有效絮凝去除赤潮生物的体积浓度为4．0％-10．0％。有效絮凝作用时间为1．5h左右．絮凝效率与体系的pH值密切相关，pH在8．0左右絮凝效率较高。不同浓度的Ca^2＋、Mg^2＋对该絮凝剂絮凝除藻作用有一定的增效作用，Ca^2＋、Mg^2＋的最佳助凝离子浓度分别为2．0mmol／L及4．0mmol／L。

Zn(Ⅱ)/γ-MnOOH体系化学吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP方法对Zn(Ⅱ)在水锰矿(MnOOH)2(H2O)6簇模型表面的水合、一级和二级水解三类共11种吸附构型进行了理论研究.计算结果表明,水合吸附构型的稳定性顺序为DC(双角)>SE-B(单边-B)>SE-A(单边-A)>DE(双边),水解吸附构型的稳定性顺序为DC>SE-A>SE-B>DE,均符合鲍林第三规则;热化学分析结果说明,其吸附和水解是相互制约的两个过程,这一结论通过前线轨道理论分析得到了证明;自然布居分析结果表明,吸附过程中电子由簇模型向吸附质迁移;结合电子供体-受体相互作用和前线轨道组成分析了吸附产物的稳定性.

Zn(OH)_4^(2-)在针铁矿(010)晶面上化学吸附结构和稳定性的理论研究

采用周期性边界条件的密度泛函理论研究Zn(OH)42-在针铁矿(010)晶面的吸附结构和稳定性,得到了Zn(OH)42-吸附前后键长的变化规律。计算结果表明:当Zn(OH)42-通过共用O原子在针铁矿表面发生吸附时,平均ZnbridgeO键长较自由Zn(OH)42-的平均Zn-O键长有增长趋势,而平均Zn-O键长则有缩短趋势;Zn(OH)42-在针铁矿(010)晶面进行化学吸附时,双角DC2吸附方式为优势吸附物种。各吸附构型的稳定性顺序为DC2>SE1>DC1>SC1>SC2。

高温模拟海洋钻井液中复合缓蚀剂的实验研究

针对钻井液对钻具的腐蚀情况,研制了由壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯等组成的复合缓蚀剂,利用静态和动态失重法、极化曲线法、交流阻抗法考察其在高温模拟海洋钻井液(包括天然海水、酸性海水和高密度盐水)中,对G105钢的缓蚀效率和作用机理。结果表明,在70℃的静态和动态天然海水中,复合缓蚀剂用量仅为150 mg/L时,缓蚀率分别达98.1%、98.5%;在70℃动态高密度盐水中,用量为250 mg/L时,缓蚀率达91.7%,90℃静态时缓蚀率为84.1%。70℃时复合缓蚀剂在天然海水和酸性海水中是阳极型缓蚀剂,在高密度盐水中是以抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂;复合缓蚀剂在天然海水里的缓蚀效果优于在其他2种溶液中的,主要是由于可在电极表面形成更加致密的缓蚀膜并改变了电极的反应历程。

海洋工程用TMCP钢焊接接头的海水腐蚀研究

采用开路电位、强极化曲线以及金相显微镜和X射线衍射等手段,研究DH36海洋用钢的焊接件S-335-2在海水中的电化学腐蚀行为、电偶腐蚀的倾向及其腐蚀产物。结果表明,焊接件各个部位在海水中的腐蚀速率较小,在16～20μA/cm2之间,是氧扩散控制过程;开路电位和电极电位均随时间负移,各个位置电极电位差较小且负移幅度接近,发生电偶腐蚀的倾向较小;腐蚀产物以γ-FeO(OH)为主。

沉积物与土壤有机质化学发光分析技术研究

文章提出了一种新的快速、现场分析沉积物和土壤中有机质含量以及组成特征的方法。该方法的提出建立在臭氧与沉积物和土壤中有机质发生氧化反应过程中会产生化学发光现象基础上。研究发现,不同沉积物和土壤样品由于组成结构不同,所产生的化学发光动力学曲线具有明显特异性差异。利用这种差异,通过原理试验样机所获取的样品化学发光动力学曲线,文章针对沉积物和土壤中有机质进行了初步的定量、定性含量研究,并结合现有检测方法,验证了臭氧氧化发光分析方法分析沉积物和土壤中有机质的可行性。根据实验中得到的不同沉积物和土壤样品化学发光动力学曲线具有很大信息差异的现象,进一步提出了建立沉积物和土壤中有机质特征编码"有机质指纹"的概念。

烟气吸收液中亚硝酸铵的电化学氧化处理技术

为实现燃煤电厂烟气脱硫、硝和汞一体化工艺中吸收液副产物亚硝酸铵的废物利用,采用电化学氧化处理技术将吸收液中亚硝酸铵转化为硝酸铵.采用极化曲线、循环伏安曲线和恒电流法等多种电化学测试方法评价和选取电极材料,探讨电解液组成的影响,得到优化的电化学氧化工艺参数,并用化学分析法验证了电化学氧化处理效果.

海洋环境汞甲基化/去甲基化研究进展

汞(Hg)是一种在大气中具有较长停留时间并能进行长距离传输的全球性污染物.甲基汞(MeHg)具有毒性强、易富集、可随食物链放大的特点,是引起环境风险的主要汞形态.通过各种来源排放到海洋环境中的无机汞在沉积物和水柱中均可甲基化为MeHg,原位甲基化和去甲基化是控制海洋环境中甲基汞水平的关键过程.虽然目前已有综述总结了环境中汞甲基化/去甲基化,但对海洋生态系统中汞甲基化/去甲基化过程涉及相对较少.本文在总结海洋汞甲基化/去甲基化过程速率、途径和热点区域基础上,详细讨论了海洋光化学、非光化学以及微生物3种汞甲基化/去甲基化途径机制,并对未来研究方向进行了展望.在现有研究基础上,未来应在不同汞甲基化/去甲基化途径贡献估算、实际海洋环境汞甲基化/去甲基化基因/微生物作用验证、环境因素对海洋汞甲基化/去甲基化影响方面开展更深入研究.海洋汞甲基化/去甲基化的研究可为深入理解海洋汞的环境行为与风险和发展有效的汞污染风险防控技术提供科学依据和数据支撑.

三丁基锡对中国近海常见海洋微藻的毒性效应

研究三丁基氯化锡(TBT)对中国近海常见5种硅藻和甲藻(硅藻中丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus)、派格棍形藻(Bacilaria paxillifera)、聚生角毛藻(Chaetoceros socialis),甲藻中微型原甲藻(Prorocentrum minimum)、简裸甲藻(Gymnodinium simplex))的毒性效应,考察了有机锡对浮游藻光合活性(Fv/Fm)、粒径、生长的影响。结果表明:派格棍形藻、聚生角毛藻、简裸甲藻的光合活性(Fv/Fm)受TBT影响较显著;微型原甲藻、丹麦细柱藻的光合活性受TBT影响较小。高质量浓度TBT胁迫下海洋微藻峰值粒径显著减小,低质量浓度TBT对峰值粒径影响不显著。低质量浓度TBT对派格棍形藻、聚生角毛藻、简裸甲藻、微型原甲藻均有较强的毒性作用,非检测毒性浓度(NDEC)分别为1.17、1.07、0.23、3.73μg.L-1,丹麦细柱藻对TBT具有很强耐受性,NDEC为112.62μg.L-1。

海洋溢油污染生物修复技术

溢油污染对海洋生态环境造成了极大破坏，重点阐述了生物修复技术对海洋溢油污染的重要清除作用，包括；溢油在环境中的转化和归宿；烃降解微生物；石油烃的生物降解机理；石油烃生物降解的影响因子和生物修复技术的应用研究；指出了生态敏感区和掩蔽型潮滩是，扛物修复的重点对象，认为应加强高效烃降解菌、生物表面活性剂、营养缓释剂的研发和基因工程菌的安全性研究，并探索多种处理方法的综合运用。