巯基改性玉米秸秆吸附Hg(Ⅱ)的热力学特征研究

采用化学反应的合成方法向玉米秸秆中引入巯基官能团,并进行电镜扫描、红外光谱和X射线电子能谱分析.在此基础上,以巯基改性玉米秸秆为吸附剂,通过批处理试验讨论了吸附时间、体系pH和温度等因素对水体中Hg(Ⅱ)吸附的影响.结果表明,采用该合成方法可以成功地向玉米秸秆中引入0.98%的巯基官能团,巯基改性玉米秸秆对水体Hg(Ⅱ)的吸附最佳pH为6,吸附能在120min内达到平衡,在285K时对Hg(Ⅱ)的最大吸附量可达80.04mg·g-1.吸附过程是自发的放热过程,可用Langmuir模型描述,其吸附机理可能为络合反应控制的化学吸附.研究表明,巯基改性玉米秸秆是一种对水体Hg(Ⅱ)具有良好吸附能力的生物吸附剂.     

陕西潼关农田土壤及农作物重金属污染及潜在风险

对矿业活动频繁的陕西潼关农田土壤和主要农作物小麦和玉米中的Hg、Cd、Pb、Cu、Zn和As元素的污染现状进行了调查.结果表明,潼关农田土壤主要受到Hg、Cd、Pb的污染,超标率分别为89.8%,57.1%和12.2%,研究区83.6%的土壤已经受到了不同程度的重金属污染.小麦和玉米样品的调查表明,Hg、Cd、Pb是研究区农作物最主要的污染物,小麦和玉米中3种重金属的超标率分别为39.1%和44.4%,39.1%和33.3%,47.8%和33.3%.从潜在生态危害指数可以看出,样品具有轻微、中等、强和很强生态危害的比例分别为44.9%、38.8%、12.2%和4.1%,具有轻微的生态危害的农田土壤主要分布在研究区西北部和东部;具有中等的生态危害的农田土壤主要分布在研究区中部和南部;具有强生态危害和很强生态危害的农田土壤分布在南部.小麦和玉米中重金属含量与土壤中重金属含量的相关性分析表明,小麦和玉米中Hg的含量与土壤中Hg的含量显著相关.研究表明,加紧对陕西潼关重金属污染农田的治理刻不容缓.     

有机修饰塿土对苯酚的吸附及其热力学特征

研究了用十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）单一修饰和十六烷基三甲基溴化铵＋十二烷基磺酸钠（CTMAB＋SDS）混合修饰填土耕层、粘化层后土样对苯酚的吸附及其热力学特征,并对其吸附机理进行探讨．结果表明,填土两层次土样表面修饰后均能显著增强对苯酚的吸附能力,耕层土样对苯酚吸附呈现100GCB（100％CTMAB修饰耕层土样）〉120GCS（100％CTMAB＋20％SDS修饰耕层土样）〉50GCB（50％CTMAB修饰耕层土样）〉GCK（耕层原土）的趋势,粘化层土样相应地呈现100NCB（100％CTMAB修饰粘化层土样）〉50NCB（50％CTMAB修饰粘化层土样）〉120NCS（100％CTMAB＋20％SDS修饰粘化层土样）〉NCK（粘化层原土）的变化趋势;耕层原土吸附苯酚能力高于粘化层原土,但修饰后粘化层土样对苯酚的吸附能力超过耕层;两层次原土对苯酚的吸附呈现增温效应,但修饰后耕层土样转变为随温度上升吸附量下降的增温负效应特征,而粘化层修饰土样呈现增温效应特征,证实耕层修饰土样对苯酚以物理吸附为主,而粘化层修饰土样以化学吸附为主;Henry模型可用于描述苯酚在供试土样中的吸附;供试土样对苯酚的吸附属自发性反应,耕层修饰土样的吸附属焙减、熵减过程,自发性取决于焙减,而粘化层的吸附属焓增、熵增过程,自发性主要取决于熵增．     

陕西潼关冶金污染土壤的修复评价及应用潜力

为了科学评估客土法、石灰和磷酸钙作为重金属钝化剂的原位稳定化修复技术在实际重金属污染土壤改良中的应用潜力,以潼关县安乐乡土壤重金属污染修复示范工程为例,从"三小"冶金土壤污染现状、工程修复技术的筛选、稳定化的修复效果以及修复后土壤农业生产安全性评价等角度进行了系统分析.结果表明"三小"冶炼行为对于周边土壤造成了严重的污染,主要污染物为Cd、Pb和Hg,矿渣是主要的污染源.采用潜在生态危害指数法进行评价,该区域潜在生态危害指数(RI)范围为668~10 969,具有很强的生态危害.通过对重度污染和轻度污染土壤分别采用客土法及原位固化的修复方法,土壤中重金属的总量以及有效态含量均有了显著的下降.除Cd外,土壤中重金属的总量均低于土壤二级标准中的限值.尽管土壤稳定化修复取得了一定的效果,但部分农作物中重金属的累积量高于国家食品安全标准中规定的限值,继续种植存在一定的风险.因此,在重金属污染修复后的土壤上不建议立刻进行粮食生产,应改变原有生产模式同时持续监测,在确保粮食安全后再进行生产.     

约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

微波辅助酸预处理玉米秸秆水解条件研究

玉米秸秆由叶子、皮和髓组成, 这些组分含有不同的纤维素、半纤维素和木质素, 因而可以成为生产燃料乙醇的原料. 采用微波辅助的酸水解来脱除与纤维素和木质素紧密结合的半纤维素, 使得纤维素结构发生变化有利于后续酶解是值得探讨的. 本研究通过将玉米秸秆叶子、皮和髓分离, 分别对它们进行了微波(2450MHz, 1000W)酸预处理, 确定了玉米秸秆不同部分的最优水解条件, 并对其进行了生产燃料乙醇的潜力对比, 以选出最适合做燃料酒精原料的部分. 同时, 在实验中, 选取硫酸浓度、温度、处理时间、料水质量体积比及搅拌速度5个因素分别进行单因素试验和正交试验. 结果表明, 5个因素对微波酸预处理玉米秸秆叶子的影响顺序依次为: 硫酸浓度>温度>料水质量体积比>时间>搅拌速度, 最佳条件是硫酸浓度5.0%, 温度75 ℃, 时间30min, 料水质量体积比1∶15, 搅拌速度800 r·min-1; 对玉米秸秆髓的影响顺序依次为: 硫酸浓度>搅拌速度>预处理时间>料水质量体积比>预处理温度, 最佳条件是硫酸浓度4.0%, 温度75 ℃, 时间25min, 料水质量体积比1∶20, 搅拌速度1000 r·min-1; 对玉米秸秆皮的影响顺序依次为: 硫酸浓度>预处理时间>料水质量体积比>预处理温度>搅拌速度, 最佳条件是硫酸浓度9.0%, 温度72 ℃, 时间30min, 料水质量体积比1∶17.1, 搅拌速度2000 r·min-1. 通过实验可以进一步得出, 玉米秸秆叶子和髓更适合用于生产燃料乙醇. 该研究结果对玉米秸秆的燃料化利用有一定的指导意义.     

二胺基改性有序多孔SBA-15对溶液中Cd2+离子的吸附研究

具有高度有序孔道结构的SBA-15是一种广受关注的新型吸附材料,为增加其对溶液重金属离子的吸附性能,选用水热-后期接枝的合成方法,制备出二胺基改性多孔二氧化硅2N-SBA-15,并用透射电镜、X射线衍射、氮气吸附-解吸和红外光谱等手段对其结构进行了表征.并以其为吸附剂,通过批实验的方法讨论了吸附时间、体系初始pH值、吸附剂用量和温度等因素对水溶液中Cd2+吸附的影响,同时结合Zeta电势和XPS分析对其吸附机制进行了探讨.结果表明,合成的SBA-15具有规则多孔特征,SBA-15对Cd2+的吸附受体系pH控制;未改性的SBA-15对Cd2+的吸附量较小,胺基改性可以显著增强SBA-15对Cd2+的吸附能力.在100 mL 25 mg.L-1的Cd2+溶液中,2N-SBA-15的用量在7.5～20 mg之间均能对Cd2+的吸附能力约达95%左右.2N-SBA-15对溶液中Cd2+的吸附很迅速,并在30 min内达到吸附平衡;随着体系温度从25℃增加到35℃,2N-SBA-15对溶液中Cd2+的吸附率从94.73%增加到98.22%.吸附等温线可用Langmuir模型描述,在298 K时Cd2+的最大吸附量为0.9 mmol.g-1,0.1 mol.L-1HCl溶液对Cd2+的洗脱率接近93%.结合pH、温度、Zeta电势和XPS分析结果,可以推测出2N-SBA-15对Cd2+的吸附机制是包含物理吸附、离子交换和络合反应等的复杂吸附过程.2N-SBA-15是一种对水体Cd2+具有较好吸附能力的吸附材料.     

玉米秸秆对Cr(Ⅵ)的生物吸附及热力学特征研究

以玉米秸秆粉为吸附剂,通过批实验讨论了玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)的去除率、体系初始pH值、吸附剂用量和温度等对水溶液中cr(Ⅵ)吸附的影响,并讨论了Cr的化学形态变化和吸附过程的热力学特征.结果表明,向50mL浓度为50mg·L-1的Cr(Ⅵ)溶液中加入0.5 g玉米秸秆粉,于25℃、200r·min-1、pH 1.0的条件下恒温震荡3h,玉米秸秆粉对溶液中cr(Ⅵ)的去除率达97.77%,吸附过程伴随着氧化还原反应的发生.随着体系温度的升高,玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)的吸附量增加.用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevick模型对吸附等温线进行拟合,发现Langmuir模型能更好地反映吸附过程特征,在298K时最大吸附量为14.46mg·g-1.对吸附热力学参数△G0、△G0和△S0的计算表明,吸附过程是吸热的自发过程.最后结合FTIR和SEM谱图,对吸附机理进行了探讨.研究发现,玉米秸秆粉对Cr(Ⅵ)同时存在吸附和还原能力,玉米秸秆粉是具有吸附污水中铬能力和潜在利用价值的生物质吸附剂.     

碳化温度对牛粪铜和锌形态及生态毒性的影响

通过设置不同的热解温度(350,550和750℃)对牛粪废弃物进行碳化处理,并使用光谱技术手段对牛粪炭的微观特点及Cu、Zn赋存形态进行了分析表征,同时结合淋溶和毒性实验探究了热解温度对牛粪炭生态毒性的影响.结果表明,高温碳化明显改善牛粪孔隙结构,使其比表面积从牛粪原料的1.15m²/g提高至牛粪炭的5.51(350℃)~195.90m²/g(750℃).随着热解温度的提高,牛粪炭pH值从8.18(350℃)提高到了10.14(750℃);牛粪炭中Cu、Zn含量则从牛粪原料中的1.22和1.23mg/g分别升高至18.29~35.11和18.58~31.24mg/g.透射电镜-选区衍射以及X射线能谱分析表明,热解处理可使牛粪中Cu、Zn离子分别转化为副黑铜矿(Cu₄O₃)和红锌矿(ZnO)等金属氧化物,从而明显降低了牛粪炭中水溶态、DTPA提取态以及HNO₃-H₂SO₄提取态的Cu、Zn离子浓度;此外,FTIR分析及混合有机酸浸提实验结果也表明,350℃牛粪炭中酚羟基、烷烃基、羧基、酰胺类等有机官能团通过吸附和络合作用固定未完全转化的Cu离子,而升高热解温度会使得这些官能团显著减少、促进Cu离子的完全转化以及无机物与Cu、Zn离子之间稳定金属氧化物化合键的形成.淋溶和生态毒性实验表明,高于550℃的热解温度能够显著降低牛粪炭中Cu、Zn的溶出率以及生态毒性,是高Cu、Zn含量牛粪废弃物无害化处理的一种推荐优选技术.     

铅锌厂重金属污染土壤的螯合剂淋洗修复及其应用

为探讨螯合剂淋洗法在修复铅锌厂周边重金属污染土壤的修复效果及淋洗后土壤利用价值,研究采用振荡淋洗的方法比较了乙二胺四乙酸(EDTA)、次氮基三乙酸三钠盐(NTA)、-乙二胺-N,N-二琥珀酸三钠盐(EDDS)乙二醇-双-(2-氨基乙醚)四乙酸(EGTA)4种螯合剂对不同污染程度土壤中Cd、Cu、Zn、Pb的去除效果,并用BCR连续提取法分析了淋洗前后土壤重金属形态的变化,最后通过黑麦草盆栽实验及土壤酶分析,探讨了土壤经淋洗后的利用价值。结果表明,4种螯合剂中EDTA对Cd、Cu、Zn和Pb的去除率比其他螯合剂的去除率高,其中对高污染土壤4种重金属离子的去除率最大,分别为Cd 90.98%、Cu 42.10%、Zn 56.98%和Pb 52.03%,4种重金属中Cd的去除效果分别为EDTA>NTA>EDDS> EGTA;EDTA能有效去除酸溶态、可还原态土壤重金属,而对可氧化态和残余态土壤重金属作用效果不明显;EDTA淋洗土种植黑麦草后土壤脱氢酶、碱性磷酸酶和β-葡糖苷酶活性均高于NTA淋洗后土壤中酶活性。综合考虑淋洗效率、淋洗剂的成本和利用价值等因素,可以认为,采用EDTA和NTA淋洗修复重金属污染土壤具有一定的实用性,并以EDTA效果较佳。