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硫酸根含量对施氏矿物表面性质及相转化过程的影响

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环境科学学报 2024年第8期44卷 270-278页

作者：王超平郭楚玲陈锴殷美玲周玉婷庄庆林曹倩倩华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

施氏矿物作为酸性矿山废水环境中最为常见的次生矿物,其亚稳态结构导致其容易发生矿相转变.除外部环境(如pH值、温度和共存离子等)之外,施氏矿物自身的硫酸根含量也会对其表面性质和稳定性造成影响.为此,本文采用快速化学法成功制备3种... 详细信息

施氏矿物作为酸性矿山废水环境中最为常见的次生矿物,其亚稳态结构导致其容易发生矿相转变.除外部环境(如pH值、温度和共存离子等)之外,施氏矿物自身的硫酸根含量也会对其表面性质和稳定性造成影响.为此,本文采用快速化学法成功制备3种硫酸根含量不同的施氏矿物,并研究了它们的表面特性以及在酸性条件下的矿相转化过程.结果表明,随着硫酸根含量的降低,施氏矿物的表面位点密度、负电荷和酸碱缓冲能力均有所降低.在模拟老化环境条件下,3种施氏矿物的主要转化产物均为针铁矿,但转化速率不同:通过红外定量实验发现硫酸根含量较低的施氏矿物在矿物相变过程中能保持稳定的转化速率,而硫酸根含量较高的施氏矿物在硫酸根完全释放后转化速率减缓,从长期来看后者表现出更高的稳定性.本研究揭示了施氏矿物的硫酸根含量对其表面性质及矿相稳定性的影响,为深入了解其在酸性环境下的行为提供了新的视角和思路.

关键词：施氏矿物针铁矿硫酸根含量矿相转化

Mn(Ⅱ)在针铁矿表面催化氧化对Cd吸附固定的影响

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环境科学学报 2024年第10期44卷 344-353页

作者：张家伟郭楚玲邓燕萍徐子冉王超平周玉婷陈锴党志华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州 510006

针铁矿在环境中广泛存在且在固定潜在有毒元素方面发挥着关键作用.同时,光照与光反应性元素(例如Mn(Ⅱ))的存在同样会影响潜在毒害元素的迁移与归趋.本研究探究了光照条件下,Mn(Ⅱ)共存对针铁矿表面吸附Cd的影响.研究发现,Mn(Ⅱ)在针铁... 详细信息

针铁矿在环境中广泛存在且在固定潜在有毒元素方面发挥着关键作用.同时,光照与光反应性元素(例如Mn(Ⅱ))的存在同样会影响潜在毒害元素的迁移与归趋.本研究探究了光照条件下,Mn(Ⅱ)共存对针铁矿表面吸附Cd的影响.研究发现,Mn(Ⅱ)在针铁矿表面光催化氧化为Mn(Ⅲ/Ⅳ),部分Mn(Ⅱ/Ⅲ)掺杂进针铁矿结构中.SR-XRD数据精修表明,Mn的掺杂量越大,针铁矿晶胞结构变化越显著.FTIR和拉曼光谱证实了Mn(Ⅱ/Ⅲ)掺入会导致针铁矿结构的畸变以及表面羟基位点含量的增加.同时,Mn(Ⅱ)的氧化使针铁矿表面电荷由正变为负.羟基位点的增加与表面电荷变负均增强了针铁矿对Cd的吸附能力.但Mn(Ⅱ)初始浓度过高(超过0.2 mmol·L-1)时,Mn(Ⅱ)的竞争吸附以及Mn(Ⅲ)氧化物占比的升高都会降低Cd的固定量.本研究揭示了Mn(Ⅱ)对Cd在针铁矿上固定的影响机制,为利用铁锰氧化物修复Cd污染土壤提供了理论依据.

关键词：针铁矿光催化 Mn(Ⅱ) 镉吸附和固定

电解质及曝气条件对酸性铁电絮凝成矿及其固载重金属的影响

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环境化学 2024年第3期43卷 816-827页

作者：易苁利黄子元马欢心冯春华华南理工大学环境与能源学院广州510006 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

本文针对酸性重金属废水开展了一系列铁电絮凝实验,重点考察不同电解质种类以及曝气与否对形成铁矿物种类和絮凝性能的影响.研究发现,酸性电絮凝过程可分为铁积累阶段和成矿阶段,积累阶段主要是Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的生成与富集,矿物形成和重... 详细信息

本文针对酸性重金属废水开展了一系列铁电絮凝实验,重点考察不同电解质种类以及曝气与否对形成铁矿物种类和絮凝性能的影响.研究发现,酸性电絮凝过程可分为铁积累阶段和成矿阶段,积累阶段主要是Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的生成与富集,矿物形成和重金属去除主要发生在成矿阶段.使用NaNO_(3)作为电解质易使铁阳极钝化,导致低成矿量和重金属去除率;在无曝气条件下NaCl、Na_(2)SO_(4)、NaH_(2)PO_(4)电解质体系产生的主要铁矿物分别为磁铁矿、绿锈和蓝铁矿;曝气条件下NaCl、Na_(2)SO_(4)体系产生氢氧化铁,NaH_(2)PO_(4)体系产生磷酸铁.重金属固载实验结果表明,磁铁矿和绿锈对Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)均表现出优异的吸附效果,但磁铁矿对于Cd(Ⅱ)的吸附效率高于绿锈;蓝铁矿和磷酸铁对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附效果优异,对Ni(Ⅱ)较差;氢氧化铁絮体对4种重金属的固载效果均较差.浸出实验说明磁铁矿和绿锈对重金属固载稳定性优于其他铁矿物.研究结果为铁电絮凝技术应用于酸性重金属废水处理提供重要证据.

关键词：电絮凝支持电解质曝气铁矿物重金属固载

磷酸盐对镉在纤铁矿上吸附行为的影响机制研究

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环境科学学报 2024年

作者：梁恒尧郭楚玲李晓飞任美慧陈锴殷美玲党志华南理工大学环境与能源学院华南理工大学工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室佛山大学环境与化工学院

铁氧化物对有毒金属的吸附广泛存在于自然环境中.众所周知，氧阴离子可以通过协同或者竞争效应改变微量金属元素的吸附行为.然而，具体的共同吸附机制尚不完全清楚.本研究通过宏观吸附实验、原位衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTI... 详细信息

铁氧化物对有毒金属的吸附广泛存在于自然环境中.众所周知，氧阴离子可以通过协同或者竞争效应改变微量金属元素的吸附行为.然而，具体的共同吸附机制尚不完全清楚.本研究通过宏观吸附实验、原位衰减全反射傅立叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等方法，研究了磷酸盐存在下，镉(Cd（II）)在合成纤铁矿（Lep）上的吸附行为.等温吸附实验结果表明，在不存在磷酸盐且Cd（II）初始浓度为1 mmol·L-1的体系中，Lep对Cd（II）的吸附量为1.91 mg·g-1.当体系中磷酸盐与Cd（II）的物质的量比分别为1:1和2:1时，Lep对Cd（II）的吸附量较不存在磷酸盐时分别提高了3.67倍和16.62倍；当磷酸盐与Cd（II）的物质的量比为5:1时，Lep对Cd（II）的吸附量较不存在磷酸盐时却只提高了12.93倍.吸附边结果表明，pH对磷酸盐介导的Lep对Cd（II）的吸附行为影响较小，这可能是因为磷酸盐具有很强的配位作用.XPS和ATR-FTIR分析表明，Cd（II）可以和Lep表面的磷酸盐络合形成三元络合物(Cd（II）-磷酸盐-Lep)，并且磷酸盐主要通过内圈络合与Lep表面结合.此外，2D-COS分析表明，在Lep表面形成了多种构型的磷酸盐-Cd（II）-Lep三元络合物，其中包括双齿双核和单齿双核络合物.这些络合物构型是磷酸盐与Cd（II）在Lep表面通过形成三元络合物协同吸附的典型模式.

关键词：镉磷酸盐纤铁矿表面络合结构界面反应

硫铁比例对生物合成FeS纳米颗粒及其对镉去除的影响机制

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环境科学学报 2024年第9期44卷 227-235页

作者：徐子冉郭楚玲柯常栋邓燕萍曹倩倩华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006 生态环境部华南环境科学研究所广州510655

生物合成硫化亚铁纳米材料(FeS NPs)对重金属具有良好的去除性能,这与材料中硫铁比例相关,但目前关于材料中硫铁的来源—生物过程电子受体硫铁比例对合成FeS NPs及其对重金属去除效果的影响了解仍较少.为此,本文以希瓦氏菌(Shewanella o... 详细信息

生物合成硫化亚铁纳米材料(FeS NPs)对重金属具有良好的去除性能,这与材料中硫铁比例相关,但目前关于材料中硫铁的来源—生物过程电子受体硫铁比例对合成FeS NPs及其对重金属去除效果的影响了解仍较少.为此,本文以希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)为合成菌株,探索生物合成过程不同硫铁比例对FeS NPs的合成及其对镉(Cd)去除效果的影响.结果表明,生物合成过程中硫铁比从1∶0.1降至1∶2,其生物来源S^(2-)的总释放量从1 mmol·L^(-1)提高至4.2 mmol·L^(-1),而FeS NPs合成速度减慢.通过固相表征确认了不同硫铁比例合成FeS NPs的结构组成变化,发现材料表面富含碳氧官能团;合成材料中硫铁比例高于1.4的FeS NPs(Fe-2、Fe-3、Fe-4)可完全去除100 mg·L^(-1)Cd^(2+),硫铁比为1∶0.5的FeS NPs(FeS-3)对Cd2+最大吸附容量可达396.8 mg·g^(-1),进一步通过解吸实验发现FeS-3具有44%的最高交换沉淀占比,可实现高浓度含镉废水的稳定去除.

关键词：希瓦氏菌硫铁比例生物合成硫化亚铁镉

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鸽粪农业利用潜力及其重金属风险评价

农业资源与环境学报 2024年第2期41卷 442-451页

作者：王家裕何振贤郑雄开赖伟斌陈惠诗贾爱萍邹梦遥陶雪琴杜建军仲恺农业工程学院资源与环境学院广东省农业产地环境污染防控工程技术研究中心广州510225 华南理工大学环境与能源学院工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

为了解鸽粪组分及其农业利用过程中重金属的潜在生态风险,本研究采集了广东省肉鸽养殖基地的鸽粪样品,检测分析了鸽粪中Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb、Hg、As 8种重金属含量以及全氮、全磷、全钾含量,采用单因子污染指数法与综合污染指数法... 详细信息

为了解鸽粪组分及其农业利用过程中重金属的潜在生态风险,本研究采集了广东省肉鸽养殖基地的鸽粪样品,检测分析了鸽粪中Cu、Zn、Cd、Cr、Ni、Pb、Hg、As 8种重金属含量以及全氮、全磷、全钾含量,采用单因子污染指数法与综合污染指数法评价了鸽粪重金属污染程度,同时,根据水稻所需全氮含量分析鸽粪安全农用年限,并通过Hakanson潜在生态污染评价法进行验算。结果表明:对比德国腐熟肥料标准,鸽粪中Cu、Zn含量超标,样品超标率分别为18.18%和36.36%,总超标率为45.45%。单因子污染指数表明鸽粪重金属Zn、Cu、Ni分别有36.36%、18.18%、18.18%的样品处于污染水平,其余重金属含量均在《有机肥料》(NY/T525-2021)的限量范围内。内梅罗综合污染指数表明,处于警示及以上污染水平的点位主要受Cu、Zn污染。在不考虑重金属流失情况下,广东省水稻种植中连续施用鸽粪10 a无重金属污染风险,而在水田旱作系统中,以作物所需全磷量为施肥指标的情况下,鸽粪安全农用年限可达50 a。研究表明,鸽粪农用过程中会使重金属在农田土壤中累积,引起重金属污染,应加强鸽粪无害化处理及安全利用等技术研究。

关键词：鸽粪农业利用重金属安全施用年限风险评价

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微量油辅助水润滑成膜特性的研究

摩擦学学报 2024年第9期44卷 1173-1183页

作者：段文斌禹涛郭峰季浩张晓寒韩素立青岛理工大学机械与汽车工程学院青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室

由于水的润滑膜建立能力较差，本文中研究了微量环保型润滑油辅助水润滑的润滑膜建立机制.利用滚子-盘接触润滑膜测量仪，研究了水环境下2种黏度的环保型润滑油作为第二介质的辅助润滑特性，并通过荧光标记对油的流动进行了观测.结果表... 详细信息

由于水的润滑膜建立能力较差，本文中研究了微量环保型润滑油辅助水润滑的润滑膜建立机制.利用滚子-盘接触润滑膜测量仪，研究了水环境下2种黏度的环保型润滑油作为第二介质的辅助润滑特性，并通过荧光标记对油的流动进行了观测.结果表明，水环境下滚子-盘接触区的润滑油主要来源于入口油池和侧油脊.与在空气中不同，水环境使油在固体表面的润湿性变低，接触区供油易受外界干扰，膜厚易发生波动.低速下侧油脊更容易向接触区回流，从而改善供油；在高速下水的逆流推动侧油脊回流的油远离接触区，导致入口供油变差.此外，环块试验机结果表明微量环保型润滑油辅助水润滑具备良好的减摩抗磨能力.

关键词：水润滑环保型润滑油磨损膜厚接触角侧油脊

来源：博看期刊

Microlunatus phosphovorus与Tetrasphaera的葡萄糖代谢特征及其在生物除磷过程中的协同与竞争机制研究

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环境科学学报 2024年第10期44卷 218-226页

作者：黄榆珩邱林清王岑超徐轩陆凌楠陈丽萍谢晓婧韦朝海邱光磊华南理工大学环境与能源学院广州 510006 东莞市水务集团净水有限公司东莞 523000 华南理工大学环境与能源学院广州 510006 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州 510006 固体废物污染控制与资源化广东省重点实验室广州 510006

本研究旨在探究强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)工艺中两种常见的聚磷菌(Polyphosphate Accumulating Organisms,PAOs):Microlunatus phosphovorus(积磷小月菌)和Tetrasphaera以葡萄糖为碳源条件下的代谢特征与竞争机制.通过厌氧-好氧全周期实验,系统表征了两种PAOs的摄碳除磷动力学参数以及碳源利用与除磷的计量学关系.结果表明,在厌氧阶段,Microlunatus phosphovorus平均以109.2 mg·g-1·h-1的速率摄取葡萄糖(厌氧碳源摄取/释磷计量比为0.82),将葡萄糖以糖原的形式储存在细胞内,此过程中未检测到发酵产物的生成;在好氧阶段,Microlunatus phosphovorus利用在厌氧条件下储存的糖原供能吸收磷酸盐,其吸磷速率为22.6 mg·g-1·h-1.相较之下,在厌氧阶段,Tetrasphaera的葡萄糖摄取速率明显较低(6.10 mg·g-1·h-1,厌氧碳源摄取/释磷计量比为0.64),其将葡萄糖发酵成乙酸、琥珀酸和乳酸并排出胞外;好氧段则继续摄取葡萄糖,为吸收磷酸盐提供能量,其吸磷速率为3.7 mg·g-1·h-1.此外,探究了Microlunatus phosphovorus和Tetrasphaera以葡萄糖为碳源条件下的相互作用特征.两者以1∶1的比例共存时,实际厌氧阶段净释磷量小于理论释磷量而葡萄糖的摄取量则大于理论值,表明两者存在碳源摄取过程中的相互促进作用.好氧阶段,两者共存可实现更低的出水磷酸盐浓度.本文通过利用葡萄糖作为唯一碳源对纯菌培养的Microlunatus phosphovorus和Tetrasphaera进行代谢研究及摄碳除磷动力学研究,构建了Microlunatus phosphovorus和Tetrasphaera以葡萄糖为碳源时的代谢模型,探究了两者的相互作用关系,研究结果将为提高以葡萄糖作为碳源条件下强化生物除磷系统运行稳定性与除磷效率提供理论支撑.

关键词：强化生物除磷 Microlunatus phosphovorus Tetrasphaera 摄糖除磷动力学物质代谢机制相互作用关系

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