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改性生物炭对Cd污染农田土壤的钝化修复机制及其对土壤细菌群落的影响

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环境科学 2024年第9期45卷 5557-5569页

作者：姜凌岳小琼安靖玥张思怡孙佳园李兆和柴丽红长安大学水利与环境学院西安710054 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710054

为探究壳聚糖改性生物炭(钝化剂)对Cd污染农田土壤的钝化修复机制,通过盆栽试验,研究了钝化剂对土壤理化性质、黑麦草生物量、土壤酶活性及细菌群落结构和多样性的影响.结果表明,当钝化剂施用量从0.5%增加到3%时,土壤有效态Cd含量较对... 详细信息

为探究壳聚糖改性生物炭(钝化剂)对Cd污染农田土壤的钝化修复机制,通过盆栽试验,研究了钝化剂对土壤理化性质、黑麦草生物量、土壤酶活性及细菌群落结构和多样性的影响.结果表明,当钝化剂施用量从0.5%增加到3%时,土壤有效态Cd含量较对照显著降低,黑麦草地上和地下部分生物量分别较对照增加了1.08~1.56倍和1.00~1.68倍,富集和运转系数分别降低了6.15%~30.00%和10.42%~31.25%.相关分析结果表明,土壤pH、CEC、SOM、AN、AP和AK与DTPA-Cd之间呈显著负相关关系,表明钝化剂的施加通过改变土壤理化性质,促进了对土壤中Cd的钝化.高通量测序结果显示,钝化剂的施加改变了土壤细菌群落结构和多样性,表现为α多样性的显著下降,不同处理组间菌群明显分离,鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和芽球菌属(Blastococcus)等有益菌群相对丰度增加.土壤脲酶和纤维素酶活性增加,蔗糖酶和过氧化氢酶活性降低.研究结果为生物炭改性材料在Cd污染农田土壤修复中的应用提供理论依据和技术参考.

关键词：生物炭细菌群落酶活性 Cd污染土壤钝化修复

电纺BiOCl@UiO-66-NH_(2)@TSPAN纳米纤维可见光催化还原Cr(Ⅵ)

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1366-1375页

作者：周美梅向婉婷王鹏博朱雪梅邹伟何家慧罗平平长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室水利部旱区生态水文与水安全重点实验室陕西西安710054

为改善UiO-66-NH_(2)的光催化活性,以热氧化稳定处理的电纺聚丙烯腈(TSPAN)纳米纤维为载体,通过溶剂热法原位负载UiO-66-NH_(2)和Bi OCl晶体,设计构筑了柔性BiOCl@UiO-66-NH_(2)@TSPAN复合纳米纤维,并考察了其可见光催化还原Cr(VI)的性... 详细信息

为改善UiO-66-NH_(2)的光催化活性,以热氧化稳定处理的电纺聚丙烯腈(TSPAN)纳米纤维为载体,通过溶剂热法原位负载UiO-66-NH_(2)和Bi OCl晶体,设计构筑了柔性BiOCl@UiO-66-NH_(2)@TSPAN复合纳米纤维,并考察了其可见光催化还原Cr(VI)的性能.结果表明,UiO-66-NH_(2)和BiOCl可先后均匀负载于TSPAN纤维表面,且由于BiOCl的引入,形成了BiOCl/UiO-66-NH_(2)异质结构,提高了材料的可见光响应性,降低了光生电子空穴对的复合率,对Cr(VI)表现出增强的可见光驱动光催化还原活性,在120min内还原率达到100%,5次循环后,保持良好的稳定性,对Cr(VI)的光催化还原效率仍在90%以上.此外,该复合材料具有柔韧性,可以快速方便地从反应溶液中分离.

关键词：静电纺丝光催化六价铬金属有机框架物氯氧化铋

磁性浮珠VMB@Fe_(3)O_(4)@CS对鱼腥藻和微囊藻的去除

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1526-1533页

作者：车文露赵岩张高山李彦鹏长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054

为了有效处理有害藻华,并避免化学物质二次污染,结合磁絮凝与浮珠浮选方法,以玻化微珠、Fe_(3)O_(4)、壳聚糖为原料合成磁浮珠VMB@Fe_(3)O_(4)@CS,对水华鱼腥藻和铜绿微囊藻进行去除实验.结果表明,磁浮珠对2种水华藻的最佳去除效率分别... 详细信息

为了有效处理有害藻华,并避免化学物质二次污染,结合磁絮凝与浮珠浮选方法,以玻化微珠、Fe_(3)O_(4)、壳聚糖为原料合成磁浮珠VMB@Fe_(3)O_(4)@CS,对水华鱼腥藻和铜绿微囊藻进行去除实验.结果表明,磁浮珠对2种水华藻的最佳去除效率分别达到99.01%(0.12g/L)、98.6%(0.21g/L).VMB@Fe_(3)O_(4)@CS在较宽的pH值范围(4~10)和水温范围(5℃~35℃)内实现较高的去除率(>60%),离子强度的增加对微藻的去除起负面影响.通过形态学观察、表面疏水率及Zeta电位分析确定静电吸引、吸附架桥是磁浮珠对藻细胞主要的絮凝机理.制备的VMB@Fe_(3)O_(4)@CS去除有害藻华具有很大应用潜力.

关键词：有害藻华磁性浮珠浮选絮凝

改性羟基磷灰石/混酸氧化多壁碳纳米管的制备及应用

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复合材料学报 2024年第2期41卷 735-747页

作者：何迎迎王瑞雪周渊樊林奎窦妍长安大学水利与环境学院西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 长安大学水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710054

开发高分散性及吸附性能良好的纳米复合材料对水体中重金属离子的去除具有重要的意义。以混酸氧化多壁碳纳米管(AO-MWCNTs)为基体,引入羟基磷灰石(HAP),通过微波/光波组合加热辅助化学沉淀法分步制备氟碳掺杂的羟基磷灰石(FCHAP),并将... 详细信息

开发高分散性及吸附性能良好的纳米复合材料对水体中重金属离子的去除具有重要的意义。以混酸氧化多壁碳纳米管(AO-MWCNTs)为基体,引入羟基磷灰石(HAP),通过微波/光波组合加热辅助化学沉淀法分步制备氟碳掺杂的羟基磷灰石(FCHAP),并将其负载到AO-MWCNTs上,合成FCH/AO-MWCNTs复合材料。将制备材料在含Mn(Ⅱ)废水中进行去除效果实验,结果表明,FCH/AO-MWCNTs对Mn(Ⅱ)的理论最大吸附量为317.5 mg/g,高于AO-MWCNTs及各制备中间体。结合材料的SEM-EDS、FTIR、XPS、Zeta、BET等表征结果推测,新材料FCH/AO-MWCNTs形成更丰富的孔隙结构及吸附位点,且其分散性及稳定性能表现优异,同时新材料在去除其他重金属及再生利用方面也具有一定的应用前景。

关键词：多壁碳纳米管羟基磷灰石复合纳米材料含Mn(Ⅱ)废水吸附性能

关中平原城市群土地利用变化对碳储量时空格局的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第4期32卷 592-604页

作者：温芮高燕燕吴志豪钱会长安大学水利与环境学院/旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室/水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710064

生态系统碳储量的变化与土地利用的格局关系紧密,研究碳储量的变化对实现“双碳”目标具有重要意义。关中平原城市群是西部地区第二大城市群,国家战略的实施影响着土地利用类型,进而影响碳储量的时空分布。本文通过集成InVEST模型与PLU... 详细信息

生态系统碳储量的变化与土地利用的格局关系紧密,研究碳储量的变化对实现“双碳”目标具有重要意义。关中平原城市群是西部地区第二大城市群,国家战略的实施影响着土地利用类型,进而影响碳储量的时空分布。本文通过集成InVEST模型与PLUS模型,解析2000—2020年关中平原城市群土地利用类型和碳储量的时空演化特征,预测在自然增长、生态保护和经济发展3种情景下,2030年关中平原城市群土地利用和碳储量的变化。结果表明:1)2000—2020年关中平原城市群主要土地利用类型为耕地和林地,草地向耕地和林地转换以及耕地向建设用地转换是研究区土地利用类型转换的主要方式。2)2030年关中平原城市群在3种情景下,耕地面积均呈减少趋势。在自然增长、经济发展情景下,林地和草地面积呈减少趋势,建设用地存在显著式外延扩张;在生态保护情景下,林地和草地面积呈上升趋势,建设用地面积略有下降。3)2000—2020年,导致碳储量降低的主要原因是林地和草地面积的萎缩,碳储量累计减少7.02×10^(6)t。4)2030年在自然增长和经济发展情景下,关中平原地区建设用地和耕地扩张明显,碳储量明显降低;生态保护情景下建设用地扩张面积相对较小,在中部和东北部地区碳储量并无明显减小现象,总体碳储量呈散落增加。研究结果可为关中平原城市群未来的城市规划、国土空间管理提供科学依据。未来关中平原城市群可在生态保护情景的基础上进一步发展,在保护生态的同时限制建设用地的扩张。

关键词：土地利用变化碳储量关中平原城市群 InVEST模型 PLUS模型

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聚吡咯/壳聚糖-海藻酸钠复合微球的制备及其药物缓释性能

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3756-3763页

作者：李莎张新浩贾睿罗钰邢建宇长安大学水利与环境学院西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 长安大学水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710054

开发新型药物控释复合材料在医药、农业等领域具有重要意义。以壳聚糖和海藻酸钠(CS-Alg)凝胶网络为载体,使用原位氧化法将聚吡咯(PPy)引入其中,制备出PPy/CS-Alg复合缓释材料。通过SEM、FTIR、XPS、UV-vis-NIR对其微观结构、结构组成... 详细信息

开发新型药物控释复合材料在医药、农业等领域具有重要意义。以壳聚糖和海藻酸钠(CS-Alg)凝胶网络为载体,使用原位氧化法将聚吡咯(PPy)引入其中,制备出PPy/CS-Alg复合缓释材料。通过SEM、FTIR、XPS、UV-vis-NIR对其微观结构、结构组成、光热转换性能进行了研究,并以吲哚丁酸(IBA)为模型药物分子,研究了其缓释性能。结果表明:PPy/CS-Alg微球的多孔微观形貌有利于IBA的装载和释放,原位氧化形成的氧化态PPy在CS-Alg凝胶网络可缓慢还原,并从带正电状态变为不带电状态,该种带电状态的改变,可促使IBA从PPy/CS-Alg微球的凝胶网络中缓慢释放,长效释放率可达到56.12%。另外基于PPy的光热效应,模拟太阳光照射下PPy/CS-Alg微球的温度可从26℃最高上升到39℃,这有利于在微球内部到外部形成温度梯度,进一步增强IBA的缓释能力。以PPy的缓慢还原和光热效应开发的植物生长素IBA控释材料在农业领域具有广阔的应用前景。

关键词：复合凝胶微球聚吡咯吲哚丁酸光热效应药物释放

生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响

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生态学报 2024年第4期44卷 1418-1428页

作者：张聪王震洪长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710064 长安大学水利与环境学院西安710064

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物... 详细信息

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。

关键词：生物炭老化 NH_(3)挥发 N_(2)O排放

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牡丹果荚基多孔碳材料对水中四环素的吸附

农业环境科学学报 2024年第6期43卷 1389-1399页

作者：何红珠王欣怡卫潇王凤杰刘欣妮杨钰钰罗莎 Ilhem Kerboua 长安大学水利与环境学院西安710054 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710054

为解决牡丹果荚废弃物焚烧处理造成的环境污染及资源浪费问题,并进一步实现废弃物资源化利用,本文以生物质废弃物牡丹果荚为碳源,KHCO3为活化剂,且牡丹果荚与活化剂质量比为1∶3,经一步活化法800℃煅烧2 h制备出孔结构发达的牡丹果荚基... 详细信息

为解决牡丹果荚废弃物焚烧处理造成的环境污染及资源浪费问题,并进一步实现废弃物资源化利用,本文以生物质废弃物牡丹果荚为碳源,KHCO3为活化剂,且牡丹果荚与活化剂质量比为1∶3,经一步活化法800℃煅烧2 h制备出孔结构发达的牡丹果荚基多孔碳(PC-800-3)材料吸附水中四环素。通过调控活化温度、牡丹果荚/KHCO3质量比,得到的最佳产物PC-800-3较直接热解的牡丹果荚基多孔碳(PC)比表面积增加60倍,298 K下对100 mg·L^(-1)四环素溶液的最大吸附量为394.3 mg∙g^(-1)。通过比表面积孔径分析、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射等对PC与PC-800-3进行表征,结果显示活化剂的加入促进了多孔碳中微孔与介孔的生成。选择PC-800-3进行后续吸附实验,吸附等温线和吸附动力学拟合结果表明吸附过程符合Langmuir等温模型和拟二级动力学模型,热力学实验证实吸附为自发吸热过程,以单分子层物理吸附为主,存在静电相互作用。所制备的PC-800-3材料在较宽pH范围内和离子干扰下的吸附性能良好。再生实验表明,PC-800-3具有良好的重复利用性能。因此,将牡丹果荚转化为多孔碳制备性能优异的吸附剂,在解决水环境中抗生素污染问题的同时拓宽了其应用范围,进一步实现了废弃生物质的资源化利用。

关键词：牡丹果荚多孔碳四环素吸附

豆渣基掺氮碳量子点的制备及对水中对硝基苯酚的光学检测

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农业环境科学学报 2024年第4期43卷 955-962页

作者：杨钰钰卫潇李雅倩刘欣妮王凤杰何红珠高月长安大学水利与环境学院西安710054 旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 水利部旱区生态水文与水安全重点实验室西安710054

为利用废弃豆渣,开发废弃生物质能源的有效利用方式,实现“以废治废”,本研究以水为溶剂、以富氮废弃豆渣为碳源和氮源,采用一步水热法合成豆渣基氮掺杂的碳量子点(N-CQDs),进而基于N-CQDs构建了一种用于水环境中痕量对硝基苯酚(PNP)的... 详细信息

为利用废弃豆渣,开发废弃生物质能源的有效利用方式,实现“以废治废”,本研究以水为溶剂、以富氮废弃豆渣为碳源和氮源,采用一步水热法合成豆渣基氮掺杂的碳量子点(N-CQDs),进而基于N-CQDs构建了一种用于水环境中痕量对硝基苯酚(PNP)的快速高效检测新方法。N-CQDs制备过程绿色、简单,同时采用自身供氮、供碳的豆渣制备碳量子点实现了对废弃生物质能源的开发和再利用。通过透射电镜、红外光谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等表征了N-CQDs的形貌和光学特征;并探究了N-CQDs荧光传感器对PNP的最佳检测条件和检测性能。在最佳检测条件下,N-CQDs的荧光猝灭程度与PNP的浓度呈良好线性关系。此外,通过图谱重叠分析、荧光寿命衰减曲线测定与解析以及双指数模型拟合,揭示了其检测机理为内滤效应。该传感器已成功应用于自来水样品中的PNP定量检测,且具有良好抗干扰能力,为废弃豆渣再利用提供了一种思路。

关键词：碳量子点对硝基苯酚豆渣荧光检测

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