利用δ~(53)Cr定量评价Cr(Ⅵ)还原程度的实验研究

地下水污染的"原位修复"是当今国际上净化地下水最具发展前景的新技术,但对铬污染地下水"原位修复"尚未有科学有效的评价方法。定量评价地下水中Cr(Ⅵ)的被还原程度成为保护与修复铬污染地下水的关键问题。通过室内Cr(Ⅵ)的还原实验,分析Cr(Ⅵ)在还原过程中铬稳定同位素变化规律,研究其分馏机理,探索利用铬同位素定量评价地下水中Cr(Ⅵ)还原程度的可行性。研究结果表明:Cr(Ⅵ)在被还原成Cr(Ⅲ)过程中,发生明显的同位素分馏,即反应物中53Cr逐渐富集,同时生成物中52Cr逐渐富集;分馏过程可用瑞利分馏模型描述,分馏系数α为常数0.99842。表明δ53Cr能够定量评价水体中Cr(Ⅵ)的还原程度,为评价地下水铬污染修复提供了新途径。     

稳定同位素53Cr在地下水污染研究中的应用

铬是地表水和地下水中的常见污染物，它被广泛应用于电镀、制革和防腐。在氧化条件下，Cr以Cr(Ⅵ)的阴离子铬酸盐（CrO2-4）和重铬酸盐（HCrO-4）形式存在，有很高的溶解性和流动性。Cr(Ⅵ)是一种可疑的致癌物。在还原条件下，Cr的分馏。所有地下水Cr(Ⅲ),它不溶解，并且强烈地吸附在固体表面上，而且毒性很小。Cr(Ⅵ)的还原作用可导致Cr稳定同位素轻同位素。因此，稳定铬同位素比值可以用作地下水中Cr(Ⅵ)还原程度的指示剂。笔者使用方程（1）确定了两个地下水样（MW-6和MW-12）的还原程度，它们分别为31%和68%。     

乳化植物油强化土著微生物修复中高浓度Cr(Ⅵ)污染地下水

以天然细砂为微生物来源,模拟研究了乳化植物油强化原位生物修复中高浓度Cr（Ⅵ）污染地下水的可行性,考察了修复效果及修复过程中地下水质变化及产物的稳定性。结果表明,反应77 d后,Cr（Ⅵ）质量浓度分别从20.0、30.0、50.0、80.0、110.0 mg/L降低到0.0、5.8、19.0、43.6、65.8 mg/L,去除率分别为100.0%、80.7%、61.9%、45.5%、40.2%。反应后介质中Cr形态分析表明,其主要以能在自然条件下稳定存在的铁锰结合态和有机结合态形式存在。此外,随反应进行,实验体系逐渐呈弱酸性环境,pH为5.80~6.70。当Cr被完全还原后,体系会发生异化铁还原,Fe（Ⅱ）质量浓度逐渐升高,最高可达117.0 mg/L,最终形成二价铁矿物。综上所述,天然细砂介质中的土著微生物能够利用乳化植物油强化并还原地下水中的中、高浓度Cr（Ⅵ）,且产物能够在自然状态下稳定存在,修复过程对地下环境的影响较小。     

氧化还原敏感元素(Se,Cr,Mo)稳定同位素

由于同位素分析方法的改进及表面热离子质谱(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的应用,近年来氧化还原敏感元素(Se、Cr、Mo)同位素地球化学得以快速发展,成为国际地学领域的一个前沿。Se同位素在自然界中的变化最大,δ82/76SeNIST为-12.77‰～3.04‰;Cr和Mo同位素变化较小,δ53/52CrNIST值为-0.07‰～0.37‰,δ97/95MoJMC值为-0.27‰～2.65‰。自然界中各种无机过程(氧化还原)和生物有机过程均能使Se、Cr、Mo产生同位素分馏。因此,这些氧化还原敏感元素同位素可以示踪环境污染源、矿床流体来源;解释古海洋与现代海洋中元素的自身循环,从而示踪古氧化还原环境的演化;解释地外撞击事件及宇宙行星演化;甚至在生物学等领域研究中取得了显著成效。虽然还存在一些问题但它们将可能成为地球科学中有巨大应用前景的一种新兴的地球化学工具。     

环境同位素技术在地下水研究中的应用

简要介绍了环境同位素技术的应用原理,综述了目前国内外常用的稳定同位素与放射性同位素的具体应用。提出稳定同位素主要用于分析地下水的来源组成与循环途径等;放射性同位素主要用于地下水测年与示踪的研究。最后总结了环境同位素在我国地下水研究中应用的主要问题。     

太阳系~(53)Mn-~(53)Cr同位素体系

短周期放射性核素的初始丰度和分布情况,已成为陨石学和天体化学的重要研究领域之一。已有研究证实地外天体中53 Cr的放射性母体为53 Mn。53 Mn的半衰期为3.7±0.4Ma,可对太阳系形成之后的20Ma内发生的事件进行精确定年。本文系统总结了已报道的碳质球粒陨石、普通球粒陨石、顽辉石球粒陨石和分异陨石中的53 Mn-53 Cr同位素体系数据,依据55 Mn/52 Cr值和53 Cr异常探讨了太阳系形成时53 Mn和53 Cr的初始分布情况、太阳系初始的53 Mn/55 Mn值,讨论了陨石中普遍存在的54 Cr/52 Cr值异常和碳质球粒陨石全岩的54 Cr和53 Cr异常值之间的正相关关系对53 Mn-53 Cr体系定年影响。     

利用稳定同位素大气水平衡模式模拟降水中δ18O的分布

利用稳定同位素大气水平衡模式,模拟了2012年全球大气水汽和降水中δ18O的空间分布和时间变化以及降水中δ18O与降水量、温度之间的关系.其目的在于检验稳定同位素大气水平衡模式模拟水稳定同位素循环的能力,揭示稳定同位素效应产生的主要原因,改善对水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了全球降水中δ18O的纬度效应、大陆效应和季节差异.在水循环过程中,引起降水中稳定同位素空间变化和时间变化的原因与蒸发对水汽同位素的富集作用、降水对水汽同位素的贫化作用、凝结温度对水汽同位素贫化程度的影响有关.模拟的降水量效应主要出现在中低纬度海洋和季风区,这种分布形势与δ18O季节差和降水量季节差的分布相对应;模拟的温度效应主要出现在中高纬度陆地,这种分布形势与降水中δ18O季节差的分布形势相对应.在一些低纬度地区,伴随强降水量效应的出现,温度效应也同时出现.     

Cr(Ⅵ)抗性菌株的筛选及其Cr(Ⅵ)去除特性研究

采用微生物分离纯化方法,从制革厂含铬污泥中筛选分离Cr (Ⅵ)抗性菌株,并研究菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力.共分离得到对50 mg/L Cr(Ⅵ)去除率大于50%的菌株20株,16S rRNA基因测序结果表明这些细菌主要属于Acinetobacter、 Microbacterium、Leucobacter、Ochrobactrum和Brachymonas属.对其中7株细菌,考察了菌株生长期、pH值和Cr(Ⅵ)浓度对菌株去除Cr(Ⅵ)效果的影响,结果表明,细胞在有较高代谢活性的条件下具较高的Cr(Ⅵ)去除能力;pH值对菌株去除Cr(Ⅵ)的能力具有显著影响,在50 mg/L Cr(Ⅵ)、pH值为7～8的条件下,Microbacterium属16号和21号菌株在36 h时对Cr (Ⅵ)的去除率达80%～95%;高浓度的Cr(Ⅵ)抑制菌株对Cr(Ⅵ)的去除能力,其中21号菌株在110 mg/L的Cr(Ⅵ)浓度下去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达80%.     

研究地下水中HCO_3~－来源的稳定碳同位素法

自然界中ＣＯ＿２主要来自有机质、大气和碳酸盐岩石，因同位素分馏作用，其稳定碳同位素组成在这三种物质中的分配不尽相同。本文根据地下水实测ＨＣ，的δ￣（１３）Ｃ￣２值，利用热力学及同位素平衡计算与之相平衡的ＣＯ＿２气体的δ￣（１３）Ｃ值，确定了ＣＯ＿２气体来源，进而确定了的有机来源。     

相山铀矿田地下水污染可能性的研究

在相山铀矿床田东部地区，采用同位素技术和放射性水化学技术，对铀矿床地下水放射性污染问题从理论实践两方面方面进行研究，获得了当地雨水线的线性回归方程和在铀矿床的勘探开采过程中不会造成明显的地下水放射性污染的结论     

有机单体同位素分析技术在地下水污染中的研究现状

有机单体同位素分析(CSIA)在地下水污染研究领域的测试数据主要应用于:确定污染物的来源;确定和量化污染场地的生物(或非生物)迁移反应;表征生成分子的元素反应机理.介绍了CSIA分析前处理技术及水污染研究领域中应用CSIA方法确定污染物来源和生物非生物降解分馏作用的研究进展,总结了CSIA技术在其他稳定同位素领域的研究进展和未来发展方向.     

季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的模拟

利用稳定同位素大气水平衡模式(i AWBM)模拟了季风区长沙站大气水汽和降水中δ18O的时间变化,并与实际监测结果进行比较,其目的在于检验i AWBM在模拟季风区大气中水稳定同位素循环方面的能力,揭示影响水稳定同位素变化的主要原因,改善对季风区水循环中稳定同位素效应的理解和认识.模拟结果很好地再现了长沙降水中δ18O的季节变化,季风区降水中稳定同位素雨季被贫化旱季被富集的基本特点以及存在的显著降水量效应均被模拟出.在2010年1月-2012年12月,模拟的冬季风盛行期间的加权平均δ18O为-6.58‰,与该时段的实际监测值相当;模拟的夏季风盛行期间的加权平均δ18O为-9.58‰,低于该时段的实际监测值.i AWBM主要利用大气的可降水量、水汽通量、蒸发量和降水量4个驱动变量来模拟水稳定同位素的循环.其中,可降水量对水稳定同位素变化的贡献被包含在其他3个驱动变量中.水汽通量对水汽同位素变化的贡献具有富集和贫化的双重作用,蒸发量和降水量对水汽同位素变化的贡献分别具有富集和贫化的作用.在对水汽同位素起富集作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为1.66‰,贡献率为63.97%;蒸发量的平均同位素贡献为0.91‰,贡献率为36.03%,水汽通量的同位素贡献起主要作用.在对水汽同位素起贫化作用的两个因子中,水汽通量的平均同位素贡献为-1.40‰,贡献率为53.47%;降水量的平均同位素贡献为-1.09‰,贡献率为46.53%,水汽通量和降水量的同位素贡献大致相当.     

分散元素(Ge,Cd, Tl)稳定同位素研究

近年来,非传统稳定同位素地球化学得到了飞跃性的发展,其主要研究对象为海洋体系的演化。特别是氧化还原敏感元素(Se,Mo,Fe等)稳定同位素已经在古海洋环境的示踪研究中发挥重要的作用。相比分散元素(Ge,Cd,Tl)稳定同位素研究比较薄弱,但这些元素在海洋体系中有特殊的循环模式,这使得它们的同位素研究将可能存在很大地质潜力。海洋体系中它们的源汇简单,而且有机无机吸附过程都可能导致同位素分馏。Ge,Cd,Tl均属于挥发性元素,原始星云的形成过程可能存在较大的同位素分馏。我国南方大面积的低温成矿域,将为Ge,Cd,Tl稳定同位素的发展提供天然的平台。另外,Cd,Tl是环境污染的主要潜在元素,因此采用稳定同位素示踪还可能示踪表生环境中的污染来源。     

基于单体多维稳定同位素分析的地下水有机污染研究进展

单体多维稳定同位素分析技术(MD-CSIA)能够更加深入地解析地下水有机污染物的衰减过程,为监测目标污染物原位修复效果和探究其微生物降解机制提供技术支持。文中分析了MD-CSIA技术在地下水有机污染研究中的应用动态,讨论了利用该技术进行有机污染物来源辨识及其迁移转化过程示踪的可行性,着重指出该技术可有效判识有机污染物在地下水中的转化途径并量化其转化程度,最后预测了MD-CSIA技术应用研究的发展趋势。     

黄土对Cr(III)的吸附特性及机理研究

铬是一种重金属痕量元素,人体通过食物链摄入过量的铬会在人体内富集,随之产生中毒反应。研究Cr(III)的浓度、反应时间、反应温度、pH值等因素对Cr(III)在黄土上吸附特性的影响,结果表明黄土对Cr(III)的吸附非常迅速,并且吸附量非常大,等温吸附模型Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)模型都能很好地解释Cr(III)在黄土上的吸附过程。热动力学分析表明,吸附是一个自发的过程,升温可促进吸附作用的进行。随着温度的不断升高,Cr(III)的吸附量逐渐增大。溶液的pH值是影响Cr(III)吸附效果的一个重要因素,当pH>6时,Cr(III)几乎完全被去除。利用X光衍射图谱和红外光谱分析,探讨黄土与Cr(III)的结合机制,黄土中的高岭土、石英等黏土矿物以及有机质成分对吸附过程起重要作用。     

可见光下天然闪锌矿光催化还原Cr(Ⅵ)

本文首次研究了天然半导体矿物——闪锌矿的光催化还原能力。经过9个小时的可见光催化实验,来自于湖南黄沙坪矿的天然闪锌矿样品在可见光下表现出较强的光催化还原能力:91.95%的Cr(Ⅵ)被还原,优于9.5小时后紫外光下70.58%的催化效果。闪锌矿的这种强的光还原能力归因于其导带中的电子具有更负的还原电势。此外,Fe替代Zn的晶格位置在禁带中引入了施主能级,而Fe~(2+)被氧化为Fe~(3+)也有效地捕获了空穴。Cd和Cu替代Zn同样引入了杂质能级,减小了禁带宽度,从而将闪锌矿对光的响应拓展到可见光的波长范围。天然闪锌矿中的这些杂质替代离子不…     

蒙脱石负载型零价铁纳米颗粒吸附水体中Cr(Ⅵ)污染物实验研究

零价铁纳米颗粒具有许多异于本体物质的独特性质,在废水处理方面应用潜力巨大。以蒙脱石为载体和分散剂,通过硼氢化钠液相还原法制备了零价铁纳米颗粒。采用电镜及多种谱学技术手段对所得铁纳米颗粒进行了表征。结果表明,铁纳米颗粒大致呈球状形貌,平均粒径约为55 nm,在蒙脱石表面分散良好,具有零价铁内核-铁氧化物外壳结构,提高了纳米铁在空气氛中的稳定性。通过批次实验考察了负载型铁纳米颗粒净化Cr(Ⅵ)的效率、过程及机理。净化效果受p H值影响显著,在最优p H值为1.0条件下,零价铁内核因其表面氧化膜酸溶而出露,可作为有效成分快速高效去除水体中Cr(Ⅵ)污染物,机理为零价铁将吸附至其表面的Cr(Ⅵ)异相还原为Cr(Ⅲ)而去除。属自发放热吸附过程,动力学行为符合准二级模型,吸附等温线可用Langmuir方程较好拟合。研究成果为新型纳米零价铁材料的制备及其铬污染治理提供了理论支撑。     

天然含铅黄铁矿试样处理含Cr(Ⅵ)废水的机理研究

天然黄铁矿对Cr (Ⅵ)具有较强的处理能力。本研究选取湖北十堰某天然含铅黄铁矿试样处理含Cr (Ⅵ)的废水,利用X射线衍射、X射线荧光光谱对样品进行结构与成分分析,考察了去除Cr(Ⅵ)反应的影响因素。结果表明,天然含铅黄铁矿样品对Cr (Ⅵ)具有较好的去除能力,其对浓度为50mg/L的含Cr(Ⅵ)废水去除率达95%~99%。并系统研究了黄铁矿颗粒粒度、反应时长、pH值对处理含Cr(Ⅵ)废水性能的影响,发现Cr(Ⅵ)主要吸附在黄铁矿颗粒表面形成絮状物质,对反应后产物的SEM和XRD分析结果表明,反应形成的絮状沉淀物为含铬、铅元素的针状铬铅矿,这对生成次生矿物沉淀从而除铬的新方法具有进一步的研究意义。     

稳定同位素分馏的量子化学计算研究——以硼和铁同位素为例

稳定同位素分馏研究是整个地球科学领域的基本核心内容之一.对其量子化学从头计算,是刚刚兴起的世界前沿.同半经验方法比较,从头计算更加准确和更具广谱性,是同位素实验方法的重要补充和延伸.本文简略介绍了稳定同位素分馏的量化计算的背景、方法,并用硼同位素和铁同位素的几个简单体系进行示例.     

微量水δ(~(17)O)和δ(~(18)O)CoF_3法线外同时测试新技术

三氧同位素(16O、17O、18O)组成特征可有效示踪天然水循环及其环境效应,微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法同时测试新技术的建立,可为三氧同位素定量研究提供有效的分析手段,特别是能够捕捉到像光合作用、呼吸作用等生物过程中发生的同位素分馏现象。在国内首次建立了微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法线外同时测试新技术,样品量仅需2μL,整个制样时间约40min。采用在质谱测试前对待测样品在100℃下预热10 min,待O2完全解吸后再进行质谱测试的方法,避免了制样和测试过程中的记忆效应及分馏效应,δ(17O)和δ(18O)的分析精度分别达到±0.07‰和±0.14‰。该法使用固体试剂CoF3替代了剧毒的气态氟化物BrF5,使得制样流程更加安全可靠且样品量少,适用性强,具有很大的推广应用价值。