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阴离子交换树脂对典型及新型全氟/多氟烷基酸的吸附去除

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科学通报 2024年第14期69卷 1934-1944页

作者：李霞曹溢方博张连营陈浩孙红文天津理工大学环境科学与安全工程学院天津300384 南开大学环境科学与工程学院教育部环境污染过程与基准重点实验室天津300350

全氟/多氟烷基酸类物质(PFAAs)作为一类优良的表面活性剂被广泛应用于纺织、半导体和航天等多种商业和工业领域,造成了水体中PFAAs的严重污染.常规饮用水处理工艺如絮凝、高级氧化等不能有效去除PFAAs,而离子交换树脂仅能去除传统的长链... 详细信息

全氟/多氟烷基酸类物质(PFAAs)作为一类优良的表面活性剂被广泛应用于纺织、半导体和航天等多种商业和工业领域,造成了水体中PFAAs的严重污染.常规饮用水处理工艺如絮凝、高级氧化等不能有效去除PFAAs,而离子交换树脂仅能去除传统的长链PFAAs,对于短链替代物C4 PFAAs和全/多氟醚羧酸的去除效果仍然未知.因此,本研究选取不同链长和官能团的PFAAs,探究不同结构PFAAs的吸附动力学特征,以及树脂性质和水化学条件(溶液pH、共存污染物、无机盐离子)对阴离子交换树脂(AERs)吸附去除不同结构PFAAs的影响特征及关键控制因素.结果表明, PFAAs在大孔AERs(A860)上的吸附速率更快,而凝胶型高憎水性的聚苯乙烯基树脂(A600)对PFAAs的吸附容量和去除率更高. PFAAs链长及官能团的电负性对其吸附速率和去除率均有较大影响:相同碳链长度下,全氟磺酸(PFSAs)>全氟羧酸(PFCAs).对于含有相同官能团的PFAAs,短链PFAAs的吸附速率高于长链PFAAs.溶液pH对PFAAs在树脂上的吸附影响较小.短链PFAAs在AERs上的吸附主要受离子交换作用控制,易受无机盐离子干扰.憎水性较强的PFAAs在树脂上的吸附除静电作用外,主要受憎水性分配的控制.常规的AERs难以有效去除水体中亲水性较强的短链PFCAs(C<4)和全氟醚羧酸(如GenX),因此这些新型PFAAs替代物给未来的水处理工作带来了极大挑战.

关键词：全氟/多氟烷基酸短链全氟烷基酸离子交换树脂竞争吸附

合成酚类抗氧化剂在我国室内灰尘中的污染特征及人体暴露风险

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中国环境科学 2024年第4期44卷 2320-2326页

作者：张瑞琦张笑武栅杏张秋月汪玉孙红文河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

研究了来自我国17个省市的室内灰尘中13种合成酚类抗氧化剂(SPAs)及其4种转化产物污染特征.结果显示,我国室内灰尘中主要的SPAs污染物为传统SPAs 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)和新型SPAs抗氧剂1010,两者的污染水平相当(BHT:165~1.10×1... 详细信息

研究了来自我国17个省市的室内灰尘中13种合成酚类抗氧化剂(SPAs)及其4种转化产物污染特征.结果显示,我国室内灰尘中主要的SPAs污染物为传统SPAs 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)和新型SPAs抗氧剂1010,两者的污染水平相当(BHT:165~1.10×10^(3)ng/g;抗氧剂1010:62.0~2.37×10^(3)ng/g),其浓度水平分别占所研究的SPAs总浓度的37.4%和36.0%.首次在室内灰尘中发现了抗氧剂330的存在,浓度水平最高为12.7ng/g.此外,灰尘中出现了一定浓度的SPAs转化产物,其中醌/醇化产物和醛化产物的占比较大,达到35.8%和56.9%,说明室内灰尘上的SPAs有一定的转化潜力.SPAs在室内灰尘中的浓度与采样点的经济发达程度有一定关联,东南沿海城市的SPAs浓度水平较高.受不同地区气候、地理条件影响,SPAs的浓度和组成体现出较大的空间差异.每日摄入量的评估结果显示,在高暴露情况下,成人和儿童对SPAs每日摄入总量分别为1.01×10^(-3)~0.54ng/(kg bw·d)和4.52×10^(-3)~2.39ng/(kg bw·d).虽然在目前的污染水平下,人们通过灰尘摄入途径的SPAs暴露量较小,但考虑到SPAs物质种类的快速更新换代和环境污染浓度的不断升高,其环境风险有待持续关注.

关键词：灰尘合成酚类抗氧化剂污染水平组成特征人体暴露风险评估

全氟与多氟化合物在场地土壤中的垂直迁移行为

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环境化学 2024年

作者：陈新孙霄单国强仪淑君祝凌燕环境污染过程与基准教育部重点实验室南开大学环境科学与工程学院

全氟与多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS)因其极强的环境持久性而受到广泛关注，然而其在土壤中的垂直运移行为尚不清楚.本研究在我国某氟化工业园区附近采集了深度为20.3 m的土柱，对其进行分层并提取土壤中的胶体... 详细信息

全氟与多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substances,PFAS)因其极强的环境持久性而受到广泛关注，然而其在土壤中的垂直运移行为尚不清楚.本研究在我国某氟化工业园区附近采集了深度为20.3 m的土柱，对其进行分层并提取土壤中的胶体.定量分析不同深度土壤和胶体中18种常见PFAS.结果表明，土壤和胶体中PFAS平均总浓度分别达到了309.5 ng·g-1干重和542.3 ng·g-1干重，全氟辛酸PFOA为最主要的物质，占比均超过77%.随深度增加，长碳链PFAS在土壤与胶体中占比不断下降而短碳链PFAS则上升，说明短碳链PFAS具有更强的迁移能力.土壤与胶体在PFAS组成上具有明显差异：土壤中新型醚羧酸类PFAS占比显著高于胶体，而胶体中短碳链PFAS占比更高，说明PFAS的化学结构对其在胶体上的吸附具有较大影响.进一步的计算表明，相比于下层土壤，PFAS在上层土壤(0.1—2.6 m)胶体上具有较高的负载量(982.0 ng vs. 146.0 ng)，表明上层土壤中胶体载带对PFAS的垂直迁移具有一定贡献，特别是对短链羧酸垂直迁移的贡献要大于PFOA.本研究证明PFAS(尤其是短碳链PFAS)能够随胶体垂直运移至深层土壤并对地下水安全造成潜在威胁.

关键词：全氟与多氟化合物土柱胶体垂直迁移

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海-陆交互作用与海岸带碳中和农业驱动

农业环境科学学报 2024年第1期43卷 1-10页

作者：周启星王辉欧阳少虎南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350

海岸带既是生态脆弱区也是低碳农业发展“前哨”。推动和发展碳中和农业符合时代所需,也符合绿色、可持续发展理念。基于此,本文阐述了在海岸带区域发展碳中和农业的相关问题和重要性。首先,本文阐释了海陆交互作用以及海岸带碳中和农... 详细信息

海岸带既是生态脆弱区也是低碳农业发展“前哨”。推动和发展碳中和农业符合时代所需,也符合绿色、可持续发展理念。基于此,本文阐述了在海岸带区域发展碳中和农业的相关问题和重要性。首先,本文阐释了海陆交互作用以及海岸带碳中和农业发展理念;然后,分析了海岸带碳中和农业驱动中的碳中和农业生物、人工光合作用与农业驱动以及该理念的工程化应用问题;最后,深入剖析了如何识别海岸带农业核心碳汇,包括原位监测、同位素标记与统计学分析方法,并在此基础上提出了农业碳汇增强技术,为后续海岸带碳中和农业的构建、发展和实践提供参考,同时对促进脆弱的海岸带生态系统的保护和绿色低碳农业的发展具有重要意义。

关键词：碳中和农业海岸带海陆交互作用可持续发展人工光合作用

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石油污染从微观修复到生态调控的生态学转变

环境科学 2024年第8期45卷 4967-4979页

作者：李瑞祥杨雪纯王艳芳李田张晓林高藕叶周启星南开大学环境科学与工程学院南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350 天津博成瑞达环境科技发展有限公司天津300202

石油污染已成为全球较为突出的环境问题,制约了经济与生态环境的协调发展.生物修复虽具备绿色低碳和高效安全等优点,但随着污染的复杂化和严重化,单一的生物修复已难以满足修复目的.而以生物修复为基础的生态修复能够统筹碳中和与生态... 详细信息

石油污染已成为全球较为突出的环境问题,制约了经济与生态环境的协调发展.生物修复虽具备绿色低碳和高效安全等优点,但随着污染的复杂化和严重化,单一的生物修复已难以满足修复目的.而以生物修复为基础的生态修复能够统筹碳中和与生态环境保护,协同推进减污降碳,保证土壤和沉积物履行生态系统服务功能的持续能力,最终实现土壤健康和沉积物健康.因此,从生物修复到生态修复的转变是现阶段环境治理和生态系统维护的最优选择.在此,首先剖析了不同生物修复技术中石油烃微观去除机制,并且从生态学角度探讨了不同生物修复技术的种类及特点.基于此,深入分析了生物修复向生态修复转变的必要性.最后对生态修复发展进行了合理展望,以期为石油污染生态修复的优化提供理论支撑.

关键词：石油污染土壤及沉积物生物修复生态学转变生态修复土壤健康和沉积物健康

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生态地球化学：理论、实践和展望

矿物岩石地球化学通报 2024年

作者：周启星王辉王琦南开大学环境科学与工程学院南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室

生态地球化学是采用地球化学和生态学的原理与方法，研究元素及化合物（包括污染物）在地球生态系统中的分布与分配，在生态圈与地球其他各圈层之间迁移转化与循环规律，以及生态因子在全球、区域和局部尺度上的影响及其生态效应、健康... 详细信息

生态地球化学是采用地球化学和生态学的原理与方法，研究元素及化合物（包括污染物）在地球生态系统中的分布与分配，在生态圈与地球其他各圈层之间迁移转化与循环规律，以及生态因子在全球、区域和局部尺度上的影响及其生态效应、健康影响与调控的一门新兴的边缘交叉学科。生态地球化学特别强调生态学原理框架下致力于解决地球生态系统中的各种地球化学问题，尤其关注在地球各圈层水平上生物与其生存环境之间的交互效应，其本质是研究微观水平上宏观物质循环的规律以及对人和其他生物产生的生态或毒理效应问题，为生命共同体构建和生态文明建设提供科技支撑。本文首先简要回顾了地球化学的形成与发展历史及相关理论知识，扼要总结了生态地球化学国内外研究现状和未来发展趋势，进而提出并探讨生态地球化学当前和今后一个时期的主要任务和相关科学实践。最后，在已有的研究基础上对未来生态地球化学的研究重点和方向进行了简要展望。

关键词：生态地球化学理论与方法创新地球生态系统人类生命共同体生态文明建设

亚抑制浓度的多西环素促进肠道菌群中ARGs的传播

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中国科学:技术科学 2024年第10期54卷 1925-1936页

作者：赵熠荣罗义陈则友雷留生李鑫南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的全球传播,尤其是质粒介导的水平基因转移(horizontal gene transfer, HGT)已成为普遍的公共卫生问题.肠道拥有丰富而密集的微生物,通常被认为是接合转移的温床和ARGs储存库.虽然之... 详细信息

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的全球传播,尤其是质粒介导的水平基因转移(horizontal gene transfer, HGT)已成为普遍的公共卫生问题.肠道拥有丰富而密集的微生物,通常被认为是接合转移的温床和ARGs储存库.虽然之前的研究发现,较高浓度的抗生素可以促进ARGs在纯菌体系中的水平传播,但亚抑制浓度的抗生素暴露能否促进肠道菌群ARGs的HGT仍不清楚.因此,本研究采用双荧光标记工程耐药菌E. coli MG1655和肠道菌群分别作为接合转移模型的供体菌和受体菌.在多西环素暴露的ppb(μg/L)水平下,观察携带ARGs质粒的耐药菌在肠道菌群中的接合转移情况.结果表明,在亚抑制浓度(10～100μg/L)的暴露下,多西环素显著促进耐药性质粒在肠道菌群中的接合转移(P <0.05);并发现亚抑制浓度的多西环素促进HGT的潜在机制包括:增加细菌间的接触,刺激胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)的形成并激活SOS反应,增加细胞膜通透性和上调相关基因的表达.总的来说,本文的研究为理解亚抑制浓度的抗生素促进复杂微生态系统中ARGs的接合转移机制提供了见解.

关键词：水平基因转移抗生素抗性基因肠道菌群多西环素

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基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复

科学通报 2024年第19期69卷 2789-2803页

作者：程思雯王鹏飞周启星南开大学环境科学与工程学院/南开大学碳中和交叉科学中心环境污染过程与基准教育部重点实验室天津300350 天津理工大学环境科学与安全工程学院天津300384

微污染复杂水体的治理与修复已逐渐成为全球性的环境难题,亟须绿色低碳的新兴技术予以解决.本文首先对“复杂水体”这一新概念进行了定义,并对典型复杂水体进行了举例说明.之后,系统梳理、概述了水体(包括复杂水体)中发生的微污染现象... 详细信息

微污染复杂水体的治理与修复已逐渐成为全球性的环境难题,亟须绿色低碳的新兴技术予以解决.本文首先对“复杂水体”这一新概念进行了定义,并对典型复杂水体进行了举例说明.之后,系统梳理、概述了水体(包括复杂水体)中发生的微污染现象及其存在的主要新微污染物种类;全面深入总结、探讨了微污染复杂水体治理与修复相关技术(包括物理化学处理技术、高级氧化技术、生物处理技术和联合/协同处理技术)的最新进展;提出了基于碳中和的微污染复杂水体治理与修复的策略与方案.最后,对该领域今后的研究重点及未来发展方向做出了展望,旨在促进水体微污染问题的系统研究与根治,进而为改善水生生态系统、提升饮用水安全和实现碳中和目标奠定科学基础.

关键词：复杂水体微污染物治理与修复技术碳中和

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金属硫化物超细颗粒的环境行为和生物效应

中国环境科学 2024年第2期44卷 1071-1084页

作者：关文宇张展华张彤南开大学环境科学与工程学院天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室天津300350

微纳尺度的金属硫化物超细颗粒在自然环境中分布广泛且可长期稳定存在,具有不同于大尺寸矿物的理化性质和反应活性.正确认识金属硫化物超细颗粒的来源、环境行为和生物效应,准确评估其对人体和环境的潜在健康风险,已成为环境科学领域热... 详细信息

微纳尺度的金属硫化物超细颗粒在自然环境中分布广泛且可长期稳定存在,具有不同于大尺寸矿物的理化性质和反应活性.正确认识金属硫化物超细颗粒的来源、环境行为和生物效应,准确评估其对人体和环境的潜在健康风险,已成为环境科学领域热点之一.基于此,本文综述了金属硫化物超细颗粒的自然来源和人为来源,重点分析了金属硫化物超细颗粒的团聚、转化和吸附等环境行为及其对微生物、植物、动物等生物体的影响效应.最后,针对目前研究中存在的难点问题,着重从金属硫化物超细颗粒精准识别和定量、超细颗粒与污染物及生物细胞的界面反应过程、超细颗粒与生物体作用的分子学机制和原位表征技术开发等方面进行了展望.

关键词：金属硫化物超细颗粒来源环境行为生物效应