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水铝钙石对不同镉污染农田重金属的钝化效果及机制

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环境科学 2019年第12期40卷 5540-5549页

作者：吴秋梅刘刚王慧峰胡文友黄标南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044 中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室南京210008

水铝钙石(Ca-Al-LDHs)是一种新型的层状复合金属氢氧化物,具有较大的比表面积、良好的阴离子交换性能和高稳定性的优点.本研究选择高Cd污染农田、中Cd污染农田和低Cd污染农田3种不同Cd污染水平的自然农田土壤作为研究对象.通过室内钝化... 详细信息

水铝钙石(Ca-Al-LDHs)是一种新型的层状复合金属氢氧化物,具有较大的比表面积、良好的阴离子交换性能和高稳定性的优点.本研究选择高Cd污染农田、中Cd污染农田和低Cd污染农田3种不同Cd污染水平的自然农田土壤作为研究对象.通过室内钝化实验,探讨水铝钙石对3种Cd污染农田土壤Cd、Pb、Zn有效态的变化规律以及形态转换的影响,进一步采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)初步探讨其钝化机制.结果表明,在高中低这3种Cd污染土壤中,水铝钙石均能够增加土壤p H,降低Cd、Pb和Zn的有效态含量,其中Cd有效态含量最大降幅分别为97. 7%、96. 3%和91. 8%.水铝钙石促使高Cd污染土壤中Cd、Pb和Zn的可交换态转化成活性低的碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态,高Cd污染土壤的钝化效果优于中低污染土壤.水铝钙石的吸附作用、层间离子交换作用以及表面羟基和羧基等活性官能团的配位反应,在很大程度上降低了土壤重金属的生物有效性.因此,水铝钙石可有效应用于Cd、Pb、Zn等重金属污染农田的钝化修复.

关键词：水铝钙石农田土壤重金属污染钝化机制土壤修复

不同类型调理剂对稻田中Cd的生物活性影响与钝化机制

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不同类型调理剂对稻田中Cd的生物活性影响与钝化机制

作者：陈晨长江大学

学位级别：硕士

稻田Cd污染所导致的粮食安全问题关乎国计民生,不容忽视。为探究不同类型调理剂对稻田中Cd的生物活性影响与钝化机制,构建轻度Cd污染稻田边生产边修复的安全利用技术模式,本研究选取湖北省大冶市某弱酸性轻度Cd污染稻田,于2021-2022年... 详细信息

稻田Cd污染所导致的粮食安全问题关乎国计民生,不容忽视。为探究不同类型调理剂对稻田中Cd的生物活性影响与钝化机制,构建轻度Cd污染稻田边生产边修复的安全利用技术模式,本研究选取湖北省大冶市某弱酸性轻度Cd污染稻田,于2021-2022年开展调理剂原位钝化修复试验和低Cd积累水稻品种比较试验,筛选出适宜当地的效果良好且稳定的土壤调理剂和低Cd累积水稻品种。并在第一年田间试验基础上,设计了土壤调理剂和水稻品种盆栽试验,探讨了不同类型调理剂对Cd的钝化机制。试验主要结果如下:(1)试验区土壤污染调查显示,选取的试验区域总Cd含量为0.52～0.62mg?kg,土壤p H值在5.76～6.42之间,土壤存在持续酸化现象,属于弱酸性轻度Cd污染稻田。Cd、Pb和As三种重金属的年沉降通量分别为79.93、138.75、715.38 mg·(667 m·a),灌溉水中Cd含量0.021～0.066 ug?L,该区域不存在大气Cd污染和灌溉水Cd污染现象,能很好代表大冶市轻度单一Cd污染农田。(2)不同类型调理剂对Cd污染稻田修复作用差异显著。两年试验中不同类型土壤调理剂能不同程度地降低土壤有效Cd含量和糙米Cd含量,降幅分别为4.83%～25.21%和8.05%～79.57%,在20种调理剂添加处理中,使得水稻糙米Cd含量达标(钝化机制可总结为土壤学机制和水稻生理学转运机制。在田间钝化修复试验中选取无机类料理剂P11、P12(A、B),有机类调理剂P4、P5(C、D),在水稻品种试验中选取高、中Cd累积品种广两优香66、隆香优130进行室内水稻盆栽试验,研究表明,各类调理剂施用能显著升高土壤p H值,刚施入无机类调理剂(A、B)和有机类调理剂(C、D)分别提高土壤p H值1.19～1.47和0.47～0.71个单位,水稻成熟后,无机类调理剂(A、B)仍显著提升土壤p H值1.09～1.30个单位,而有机类调理剂A、B对p H提升作用较小,基本没有变化。土壤p H的提升促进了土壤胶体对Cd的吸附沉淀作用,这可能是无机类调理剂钝化Cd的主要土壤学机制。有机类调理剂的主要土壤学机制可能是土壤胶体对Cd的络合、螯合作用,盆栽试验结果显示其能显著提高土壤有机质含量,增幅为20.33%～29.00%。水稻成熟后,因作物-土壤共同作用,各处理对土壤有机质含量有不同程度的增加,但整体表现为有机类调理剂增幅大于无机类调理剂。(5)不同品种水稻对Cd的累积转运揭示了Cd的水稻生理学转运机制,该机制受土壤中转运拮抗离子和基因表达共同作用影响。盆栽试验结

关键词： Cd污染稻田土壤调理剂水稻品种钝化机制

农林废弃物生物炭钝化典型土壤重金属的机制研究进展

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生态毒理学报 2023年第1期18卷 232-245页

作者：宗大鹏田稳李韦钰张梦妍徐武美向萍西南林业大学环境污染与食品安全及人体健康云南省创新团队昆明650224 西南林业大学生态与环境学院/环境修复与健康研究院昆明650224 云南师范大学能源与环境科学学院昆明650500

土壤重金属污染成为食品安全的重大隐患,农林废弃物生物炭来源广泛,成本低,已被广泛用于土壤重金属污染修复。本文综述了农林废弃物生物炭的制备方法及影响其性能的关键因素,并重点探讨了利用农林废弃物生物炭钝化土壤典型重金属的作用... 详细信息

土壤重金属污染成为食品安全的重大隐患,农林废弃物生物炭来源广泛,成本低,已被广泛用于土壤重金属污染修复。本文综述了农林废弃物生物炭的制备方法及影响其性能的关键因素,并重点探讨了利用农林废弃物生物炭钝化土壤典型重金属的作用机制。发现木质、竹、秸秆、稻壳和动物粪便等材料被广泛用于生物炭制备,热解温度、热解停留时间以及原材料种类均会影响生物炭的性能,其中植物生物炭比表面积的增加、吸附性能和重金属固定性能的提高均高于牛粪生物炭,在300℃高温热解制得的生物炭含有更多的含氧官能团,而在500~700℃高温热解制得的生物炭含有更多的微孔和更大的表面积,高热解温度下适当的停留时间有助于生物炭结构的形成。此外,生物炭还可以影响土壤微生物的多样性和种类来提高吸附能力,通过络合沉淀固定汞(Hg)、镉(Cd)和铜(Cu),通过静电吸附、络合作用和阳离子交换来固定铬(Cr)、砷(As)、锌(Zn)和铅(Pb)。最后,为确保生物炭的安全生产和可持续利用提出了未来的研究方向。

关键词：土壤重金属生物炭钝化机制农林废弃物微生物

硝酸镧含量对锌铝涂层组织结构和耐蚀性的影响

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腐蚀与防护 2024年第4期45卷 21-25页

作者：李红玲新乡学院化学与材料工程学院新乡453000

以稀土硝酸镧为添加剂,用硅烷钝化液代替铬酐,通过添加不量的硝酸镧制备了水性无铬锌铝涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)分析、中性盐雾试验和极化曲线等对含硝酸镧涂层试样的结构和性能进行了评价。结果表明:... 详细信息

以稀土硝酸镧为添加剂,用硅烷钝化液代替铬酐,通过添加不量的硝酸镧制备了水性无铬锌铝涂层。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)分析、中性盐雾试验和极化曲线等对含硝酸镧涂层试样的结构和性能进行了评价。结果表明:含5g/L硝酸镧(指其在B组分中的质量浓度)涂层试样的耐蚀性最好,适量的镧盐可以改善涂层结构,使涂层均匀致密;硝酸镧钝化处理可以显著降低涂层试样的腐蚀电流,提高腐蚀电位,抑制腐蚀速率,提高涂层的耐蚀性。硝酸镧也可以作为物理屏障,阻止腐蚀介质渗透到涂层中,但它不改变极化曲线的形状。水性无铬锌铝涂层中硝酸镧的最佳用量为5g/L。

关键词：硝酸镧无铬锌铝涂层微观结构耐蚀性钝化机制

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利用矿物材料调控农田土壤镉污染的机制研究

智慧农业导刊 2024年第7期4卷 27-30页

作者：尹献远张鑫徐霄方慧衢州市美丽乡村建设中心浙江衢州324003

随着工业化进程的加速,土壤镉污染问题在我国南方许多地区成为影响区域粮食安全和公众健康的重要环境问题。该文阐述土壤镉污染的来源和防治必要性,分析土壤镉的空间分布特征和动态变化规律,阐释利用不同矿物质调节剂防治镉污染的机制,... 详细信息

随着工业化进程的加速,土壤镉污染问题在我国南方许多地区成为影响区域粮食安全和公众健康的重要环境问题。该文阐述土壤镉污染的来源和防治必要性,分析土壤镉的空间分布特征和动态变化规律,阐释利用不同矿物质调节剂防治镉污染的机制,包括氮、钙类材料的营养调节作用,硅、锌、铁等微量元素的协同作用机制,并设计3种矿物质海泡石、膨润土、沸石处理镉污染土壤的比较试验,测试钝化效果,最后提出筛选适宜矿物材料、制定合理施用方案、结合耕作措施的镉污染土壤综合治理策略。

关键词：土壤镉污染矿物材料钝化机制农业治理土壤检测

铁硫化物从AMD中回收铜：钝化机制和消除措施

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铁硫化物从AMD中回收铜：钝化机制和消除措施

作者：张玉珠合肥工业大学

学位级别：硕士

本文利用Cu Cl和NaS直接反应生成铜蓝,讨论了不同条件对铜蓝晶体生长的影响。以黄铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿为原料,使用不同方法在保护气氛下热处理生成四种不同磁黄铁矿产物,通过XRD、SEM、XPS等表征方法对煅烧产物进行对比分析。通过... 详细信息

本文利用Cu Cl和NaS直接反应生成铜蓝,讨论了不同条件对铜蓝晶体生长的影响。以黄铁矿、褐铁矿、鲕状赤铁矿为原料,使用不同方法在保护气氛下热处理生成四种不同磁黄铁矿产物,通过XRD、SEM、XPS等表征方法对煅烧产物进行对比分析。通过一系列静态实验对比四种磁黄铁矿产物对水中铜离子的回收效率,通过对反应后产物进行XRD、SEM、EDX等表征分析探究分析四种样品与铜离子的反应机制。最后,通过动态实验考察了褐铁矿、赤铁矿硫化产物动态柱从含铜废水和酸性矿山废水中回收铜的能力。研究结果表明:(1)反应p H值越低、时间越长、温度越高、反应物滴加速度越慢越有利于铜蓝晶体生长;不同离子分别在其特定浓度下对铜蓝晶体生长有明显的促进或抑制作用,铜蓝晶体结晶度随着反应物浓度的增加呈先增后减的趋势,而在不同外加电解质浓度条件下表现出不同的结晶度。(2)黄铁矿在N保护气氛下煅烧可以脱硫变成磁黄铁矿,黄铁矿为硫源可以将赤铁矿、褐铁矿硫化为磁黄铁矿,以HS为硫源可以将赤铁矿硫化为磁黄铁矿。四种磁黄铁矿产物结晶度大小依次为:HS硫化赤铁矿产物(SH-HS)>煅烧黄铁矿(CPy)>黄铁矿硫化赤铁矿(SH-Py)>黄铁矿硫化褐铁矿(SL-Py)。CPy呈现表面疏松多孔的结构,褐铁矿和赤铁矿硫化产物表面呈现微米粒状或块状堆积的形貌。(3)CPy和SH-HS对Cu的吸附符合准二级动力学方程,SL-Py和SH-Py对Cu的吸附符合准一级动力学模型。四种磁黄铁矿与Cu的反应都是自发的吸热反应,且遵循Langmuir等温吸附模型,当反应温度为318 K,溶液初始p H=5时,CPy、SL-Py、SH-Py和SH-HS去除水中Cu的最大吸附量分别为17.37 mg/L、247.67 mg/L、110.45 mg/L和66.88 mg/L。CPy和SH-HS回收铜的反应过程主要是由溶度积推动的溶解度低的Cu S生成促进溶解度高的Fe-S溶解的化学反应,SL-Py和SH-Py回收铜的反应过程除了溶度积推动的溶解沉淀反应外,还有反应过程中生成的大量铁的氢氧化物对Cu的吸附。(4)SL-Py动态柱处理含铜废水在处理量为4503倍BV时的处理容量为384.16 mg/g,SH-Py动态柱处理含铜废水的泄露容量为143.27 mg/g。SL-Py动态柱去除酸性矿山废水中Cu在处理量为409.54倍BV时的处理容量为12.16 mg/g。

关键词：铁硫化物热活化 AMD 铜回收钝化机制

拟南芥隐花色素2(cry2)的光激发与光钝化机制

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自然杂志 2016年第6期38卷 435-435页

作者：段艳芳

光是影响地球上所有生命体系的重要环境因子，动植物均通过光受体蛋白感受感知光信号。其中，隐花色素（cryptochrome）是唯一一类在生命进化过程中极为保守的蓝光受体蛋白。在植物系统中，隐花色素参与蓝光诱导的幼苗形态建成和花发育... 详细信息

光是影响地球上所有生命体系的重要环境因子，动植物均通过光受体蛋白感受感知光信号。其中，隐花色素（cryptochrome）是唯一一类在生命进化过程中极为保守的蓝光受体蛋白。在植物系统中，隐花色素参与蓝光诱导的幼苗形态建成和花发育等过程；而在哺乳动物中，隐花色素主要参与生物钟与昼夜节律调控。

关键词：隐花色素钝化机制光激发拟南芥生命体系受体蛋白环境因子进化过程

高效隧穿结设计及其在硅基钝化接触叠层电池中的应用

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高效隧穿结设计及其在硅基钝化接触叠层电池中的应用

作者：魏赫浙江师范大学

学位级别：硕士

晶体硅太阳电池占据光伏市场的主导地位,随着高效晶硅电池的发展,效率的提升空间被不断压缩。为了进一步提升太阳电池效率,两端双结硅基钙钛矿叠层太阳电池的发展越来越受到人们的关注和重视,其效率目前已远超单晶硅太阳电池的理论极限... 详细信息

晶体硅太阳电池占据光伏市场的主导地位,随着高效晶硅电池的发展,效率的提升空间被不断压缩。为了进一步提升太阳电池效率,两端双结硅基钙钛矿叠层太阳电池的发展越来越受到人们的关注和重视,其效率目前已远超单晶硅太阳电池的理论极限效率29.4%,达到了33.2%,具有极大的发展潜力。两端双结硅基钙钛矿叠层太阳电池(简称叠层电池)主要由顶电池、中间层和底电池三部分组成。主流的底电池和中间层采用硅异质结太阳电池和复合结材料。但异质结电池不能耐受高温,这对顶电池的材料和工艺选择带来一定局限性,而复合结材料的制备也会对底电池产生一定的损伤。因此,本文采用能够耐受高温的隧穿氧化钝化接触(TOPCon)太阳电池作为底电池,选用新结构隧穿复合结(简称隧穿结)作为中间层,设计并优化出高效隧穿结设计。以高效隧穿结特性及其在TOPCon底电池上的制备和叠层电池中的应用开展研究,致力于开发出高效钙钛矿/TOPCon叠层电池。针对隧穿结在TOPCon底电池上的制备,本文从材料制备、关键界面载流子复合机制和隧穿结复合效率等方面,以应用为导向,对掺硼多晶硅/掺磷多晶硅/氧化硅/硅结构的特性作了系统性分析。因为底电池的材料选择和工艺对后续制备的隧穿结的性能具有重要影响,所以为了选择工艺兼容性更好的隧穿结制备工艺,本文展开了以下相关研究内容。本文先从材料特性的角度对TOPCon技术的钝化机理做了深入分析。通过表征掺磷多晶硅/氧化硅/硅结构中不同氧化硅、退火温度、多晶硅掺杂等因素对钝化性能的作用,将氧化硅产生的化学钝化、多晶硅产生的场钝化以及氢钝化这三种钝化机制在实验上进行区分。同时,结合数值模拟的方法,将这些材料特性量化成具体的参数进行建模拟合,得到了与实验高度相符的变化规律。综合实验与模拟结果,得出以下结论:1)通过优化氧化硅质量、调整扩散分布、注入氢等措施,可以获得最佳的钝化效果,并且这几种钝化作用互相影响互为补充;2)掺杂原子的扩散在钝化中不仅能起正面作用,也能起到负面作用,因此需要被重点关注和精准调控;3)氧化硅中针孔缺陷的存在会极大地降低钝化性能,过高的退火温度是造成针孔缺陷的主因,需要特别注意退火条件的选择。那么,基于对TOPCon结构钝化机制的深入认识,本文选择了合适的底电池工艺和隧穿结的制备方法来开展隧穿结的制备工作,为其应用打下基础。通过调控多晶硅的退火温度和厚度等因素,获得了能够兼具高钝化和良好载流子传输性能的隧穿结结构。本实验中的最优组合采用了20 nm的多晶硅厚度、700℃的退火温度,获得隐含开路电压(i V)为～730 m V,接触电阻率(ρ)为34.63±3.1 mΩ·cm,成功地实现了底电池上高效隧穿结的制备。其次,由于叠层电池的影响因素非常复杂,为了进一步确定该结构在叠层电池中进行应用的可能性,除了上述结构性能的测试外,需要先通过底电池器件进行进一步的确认,验证该结构对器件性能的影响。文中选取了隧穿结的最佳制备条件,以双面TOPCon电池器件为载体,整合工艺,成功制备得到具有隧穿结结构的底电池器件,并表征了其性能,得到性能可观的器件,确认了隧穿结工艺可以很好地保持底电池器件的性能。在此基础上,将隧穿结工艺结合到底电池制备流程中,也成功制备得到了效率可观的叠层电池,获得26.34%的光电转换效率。最后,本文对隧穿结叠层器件结构进行了拓展。经过在叠层器件中实际应用的检验,隧穿结结构展现了在叠层电池中应用的巨大潜力,也说明了中间层对载流子复合和传输能够产生极大影响。因此本文对中间层结构做出了大胆设计,提出图案化的设计结构,使顶电池只与底电池发生局部的接触,从而进一步减少叠层电池中载流子在中间层产生的无效复合,同时能够较好的传输载流子,理论上进一步提升叠层电池的性能。文中通过结构设计和工艺探索,初步实现了中间层局部点接触的设计和制备,同时也尝试并成功制备了叠层器件,获得了24.14%的光电转换效率。

关键词： TOPCon 钝化机制隧穿结图案化钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池

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镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

土壤学报 2021年第4期58卷 837-850页

作者：李英商建英黄益宗王农中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 教育部植物-土壤相互作用重点实验室北京100193 农业部华北耕地保育重点实验室北京100193 农业农村部环境保护科研监测所天津300191

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合... 详细信息

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。

关键词：重金属复合污染钝化材料钝化机制