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氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ)

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环境科学学报 2020年第11期40卷 3931-3938页

作者：侯素珍田浩然黄超王平曾峤婧彭惠琳刘素琳李安中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 稻米品质安全控制湖南省工程实验室长沙410004

以聚乙烯亚胺(PEI)为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁(nZVI@PEI-HBC),并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素... 详细信息

以聚乙烯亚胺(PEI)为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁(nZVI@PEI-HBC),并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr(Ⅵ)的影响及其去除机理.结果表明:在投加量为0.5 g·L-1,温度为20℃,pH值为5,Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg·L-1条件下,各材料对Cr(Ⅵ)的去除率大小为nZVI@PEI-HBC>nZVI>PEI-HBC>***显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr(Ⅵ)效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr(Ⅵ)去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr(Ⅵ)的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe(Ⅱ)的释放,促进Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.

关键词：纳米零价铁生物炭氨基 Cr(Ⅵ)

三元土壤调理剂对田间水稻镉砷累积转运的影响

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环境科学 2018年第4期39卷 1910-1917页

作者：辜娇峰周航贾润语王倩倩李虹呈张平彭佩钦廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 中南林业科技大学稻米品质安全控制湖南省工程实验室长沙410004

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭)对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^(-1),As总量124.79 mg·kg^(-1)污染程度下... 详细信息

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭)对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^(-1),As总量124.79 mg·kg^(-1)污染程度下,施用QFJ后,水稻根际土壤pH值、阳离子交换量及有机质含量有增大的趋势;土壤交换态Cd和As含量可分别从0.37 mg·kg^(-1)、0.07 mg·kg^(-1)下降到0.12 mg·kg^(-1)、0.04 mg·kg^(-1).QFJ的施用,可有效降低水稻各部位中Cd和As含量,在9.00 t·hm^(-2)施用量水平,可将糙米中Cd含量从0.46 mg·kg^(-1)下降到0.18 mg·kg^(-1),无机As含量从0.25 mg·kg^(-1)降低到0.16 mg·kg^(-1),同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg^(-1)的要求,实现水稻安全生产.施用QFJ减少了水稻根系对Cd和As的富集,降低了水稻植株将Cd从地下部转运到地上部的能力,降低了根系转运Cd的能力以及茎叶、谷壳转运As的能力.

关键词：三元土壤调理剂镉砷累积转运水稻大田

秸秆离田对土壤Cd生物有效性及水稻Cd积累的影响

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环境科学 2023年第7期44卷 4109-4118页

作者：王子钰周航周坤华谭文韬蒋毅唐棋伍港繁辜娇峰曾鹏廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 稻米品质安全控制湖南省工程实验室长沙410004 国家环境保护重金属污染监测重点实验室长沙410019

通过选取湖南省宁乡市某轻度Cd污染稻田开展连续两季水稻秸秆离田田间试验,研究秸秆离田措施对轻度Cd污染稻田土壤Cd有效性及水稻对Cd吸收累积的影响.结果表明:(1)连续两季秸秆离田有效提高了土壤pH值,降低土壤有机质和根际土壤Cd含量;T... 详细信息

通过选取湖南省宁乡市某轻度Cd污染稻田开展连续两季水稻秸秆离田田间试验,研究秸秆离田措施对轻度Cd污染稻田土壤Cd有效性及水稻对Cd吸收累积的影响.结果表明:(1)连续两季秸秆离田有效提高了土壤pH值,降低土壤有机质和根际土壤Cd含量;T1~T4处理使土壤pH值提升0.04~0.58个单位,有机质含量降低了0.68%~25.87%,根际土壤Cd含量降低了3.76%~12.78%.(2)连续两季秸秆离田能降低酸可提取态和可氧化态Cd占比,使残渣态Cd占比上升;同时秸秆离田处理降低了根际土壤Cd的生物有效性,使根际土壤TCLP、DTPA和CaCl2提取态Cd含量均显著降低.(3)水稻秸秆离田可显著降低土壤孔隙水中DOC和Cd浓度,连续两季秸秆离田处理下(T1~T4)土壤孔隙水中Cd浓度分别降低了4.54%~40.00%和2.75%~67.34%,说明DOC是影响土壤孔隙水中Cd浓度的关键因素之一.(4)连续两季秸秆离田各处理(T1~T4)降低了水稻各部位对Cd的吸收累积,其中秸秆和根系全部离田处理(T4)下,2020年晚稻和2021年早稻糙米Cd含量分别降低了18.52%和39.69%.因此,在Cd污染农田实行秸秆全部或部分离田是一项降低稻米Cd含量超标风险的有力措施.

关键词：秸秆离田水稻 Cd污染土壤有效态 Cd赋存形态溶解性有机碳(DOC)

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

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中国环境科学 2020年第8期40卷 3512-3519页

作者：刘佳炜周航魏宾纭崔同科张竞颐黄芳辜娇峰刘俊廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院湖南长沙410004 稻米品质安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410004 有色金属矿区耕地重金属污染生态阻抗技术研究衡阳市重点实验室湖南衡阳421001

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石(LS)、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明:(1)基施硅肥90kg/hm^2和叶面喷施硅肥(0.2,0.4g/L)对土壤pH值无明显影响,添加LS(2250,4500kg/hm^2... 详细信息

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石(LS)、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明:(1)基施硅肥90kg/hm^2和叶面喷施硅肥(0.2,0.4g/L)对土壤pH值无明显影响,添加LS(2250,4500kg/hm^2)的各处理均显著提高土壤pH值(P糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理(JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2)使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.(4)“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.

关键词：组配改良剂硅肥 Cd污染土壤水稻有效性

人工湿地系统中梭鱼草和香蒲对镉积累的动态变化

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水生态学杂志 2020年第2期41卷 98-104页

作者：梅金星张平彭佩钦李倩李靖中南林业科技大学环境科学与工程学院稻米品质安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410004

为探讨人工湿地系统中挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)和香蒲(Typha orientalis)对镉(Cd)积累的动态变化,通过在室外表面流人工湿地采样和室内分析相结合的方法,对8-12月梭鱼草和香蒲地上部和地下部的生物量、镉含量及积累量的动态... 详细信息

为探讨人工湿地系统中挺水植物梭鱼草(Pontederia cordata)和香蒲(Typha orientalis)对镉(Cd)积累的动态变化,通过在室外表面流人工湿地采样和室内分析相结合的方法,对8-12月梭鱼草和香蒲地上部和地下部的生物量、镉含量及积累量的动态变化进行了分析。结果表明,梭鱼草根部和茎叶镉含量为0.25~0.70mg/kg和0.07~0.18mg/kg,香蒲根部和茎叶镉含量为0.16~0.39mg/kg和0.11~0.17mg/kg,根部镉含量均显著高于各自的茎叶部,两种植物各部位镉含量均在10月达到最大值,两者对镉的富集与转运能力均随着月份的变化而变化,都呈先增高、后降低的趋势;其中,梭鱼草对底泥镉的富集系数为0.76~3.13,香蒲为0.63~0.91,两者的富集系数最高值均出现在10月;两者的转运量系数分别为1.12~10.47、3.25~8.10,最大值分别出现在9月、10月。在10月之前,同一月份梭鱼草地上部的生物量和对湿地中镉积累量均极显著或显著高于香蒲。两种植物地上部分生物量和对湿地中镉积累量均极显著高于地下部分(P<0.01)。综合考虑两种植物的生物量及对镉的积累量,9月和10月分别为梭鱼草和香蒲地上部分最佳收获月份,能够最大化去除湿地系统中的镉。

关键词：人工湿地梭鱼草香蒲富集与转运镉

一株耐As细杆菌对As3+的吸附特征与机理

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中南林业科技大学学报 2020年第2期40卷 148-155页

作者：汤思敏朱健林晓敏周韬周灯黄超王平焦文清梁颖宜中南林业科技大学环境科学与工程学院湖南长沙410004 稻米品质安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410004

【目的】评价细杆菌属去除水溶液中As^3+的可行性,为As污染的微生物修复提供必要的修复材料和理论依据。【方法】从湖南某矿区筛选分离等得到了一株高耐砷菌株,经过16S rRNA序列分析初步鉴定为细杆菌属Microbacterium,命名为A4,并采用... 详细信息

【目的】评价细杆菌属去除水溶液中As^3+的可行性,为As污染的微生物修复提供必要的修复材料和理论依据。【方法】从湖南某矿区筛选分离等得到了一株高耐砷菌株,经过16S rRNA序列分析初步鉴定为细杆菌属Microbacterium,命名为A4,并采用单因素试验优化菌株生长条件,正交试验优化菌株菌粉吸附As^3+的条件。通过吸附动力学与等温吸附试验研究菌株菌粉对As^3+的吸附特征,并利用SEM-EDX与FTIR分析探讨了该菌株菌粉对As^3+的吸附机理。【结果】菌株A4对As^3+的耐受阈值为53 mmol/L;菌株A4的最适生长条件为温度30℃、pH值7.0~9.0、NaCl浓度0.25 m/v、转速180 r/min。正交优化试验结果表明:菌粉吸附As^3+的最佳条件为菌粉投加量为0.02 g/L、吸附时间为2 h、pH值为8.0和温度为20℃,此条件下菌粉对As^3+的吸附量为128 mg/g。Langmuir方程与准一阶动力学方程可被较好的用于描述菌粉对As^3+的等温吸附特性与动力学特性,拟合度均达0.99,菌粉对As^3+的最大吸附量达114.6 mg/g。SEM-EDX与FTIR分析表明:吸附过程中的主要功能团-COOH、-OH、-NH、-CHO和O-P-O等与As络合,以及As^3+在菌粉表面与Mg2+发生了离子交换作用,促进了菌粉对As^3+的吸附。【结论】可为未来水体As污染微生物修复提供菌株材料与技术应用思路。

关键词： As^3+ 细杆菌吸附机制动力学

一株耐Cd罗尔斯通氏菌的分离、鉴定及其对Cd2+的吸附特性研究

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中南林业科技大学学报 2020年第6期40卷 149-157页

作者：林晓敏朱健汤思敏麻淳雅程钰莹姚璐倪楚盛王平王玉竹中南林业科技大学环境科学与工程学院湖南长沙410004 稻米品质安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410004

【目的】水体镉(Cd)污染日益加剧,严重威胁生态安全和居民身体健康,而微生物吸附法被认为是一种行之有效的Cd污染修复方法,本研究从Cd污染土壤中分离出了一株耐Cd菌株,探究其吸附能力,以期为微生物修复提供技术支持和理论依据。【方法... 详细信息

【目的】水体镉(Cd)污染日益加剧,严重威胁生态安全和居民身体健康,而微生物吸附法被认为是一种行之有效的Cd污染修复方法,本研究从Cd污染土壤中分离出了一株耐Cd菌株,探究其吸附能力,以期为微生物修复提供技术支持和理论依据。【方法】利用16S rDNA基因测序分析对其进行鉴定。采用单因素试验研究了菌粉吸附Cd2+的影响因素及规律,用正交试验优化了菌粉吸附Cd2+的最佳条件,通过吸附等温线的拟合与SEM、EDX、FTIR表征研究了菌粉吸附Cd2+的机理。【结果】菌株LC经测序分析后鉴定为罗尔斯通氏菌Ralstonia spp.,Cd2+的耐受阈值为850 mg/L。随着溶液温度的升高,LC菌粉对Cd2+的吸附量先增大后减小;随着溶液初始pH值的增大,其吸附量先增大后减小;随着时间的延长,其吸附量先上升而后略微下降;随着Cd2+初始浓度的增加,其吸附量先增大后基本稳定;随着投加量的增多,其吸附量先减少后趋于平衡。菌粉对Cd2+的最佳吸附条件为:投加量0.1 mg/L,吸附时间2 h,pH值6.0,温度30℃,此时菌粉对Cd2+的吸附量可达198 mg/g。LC菌粉对Cd2+的等温吸附更符合Langmuir,其饱和吸附量为221 mg/g。LC菌粉对Cd2+的吸附主要是Cd2+与Na+、Mg2+发生离子交换,以及菌粉表面的羟基、羰基、酰胺基、磷酸基等基团与Cd2+发生络合作用。【结论】从Cd污染土壤中分离出来的LC,是一株耐性较强且吸附能力较好的细菌菌株。

关键词：镉罗尔斯通氏菌菌粉吸附

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一株耐Cd菌株的分离、鉴定及基本特性

微生物学报 2019年第1期59卷 11-24页

作者：李倩张平廖柏寒彭佩钦梅金星徐继敏中南林业科技大学环境科学与工程学院中南林业科技大学稻米品质安全控制湖南省工程实验室湖南长沙410004

【目的】从活性污泥中筛选耐镉(Cd)菌株,并研究其生长特性及对溶液中Cd^(2+)吸附的最佳条件,以期为重金属Cd污染水体的微生物修复提供菌株资源和应用技术参考。【方法】采用平板划线法,从活性污泥中分离、筛选、驯化出耐Cd菌株,通过16Sr... 详细信息

【目的】从活性污泥中筛选耐镉(Cd)菌株,并研究其生长特性及对溶液中Cd^(2+)吸附的最佳条件,以期为重金属Cd污染水体的微生物修复提供菌株资源和应用技术参考。【方法】采用平板划线法,从活性污泥中分离、筛选、驯化出耐Cd菌株,通过16SrRNA基因序列分析及溶血试验、蛋白质毒素结晶试验进行初步鉴定,并采用单因素实验优化菌株的培养条件,通过正交实验确定菌粉吸附溶液中Cd^(2+)的最佳条件,同时利用SEM-EDS及FTIR分析探讨菌粉吸附Cd^(2+)的机理。【结果】经分离、驯化得到1株耐Cd细菌菌株,命名为H6,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus),最大Cd^(2+)耐受浓度为350 mg/L。菌株H6的最佳生长条件为:pH 6.0–8.0,温度28°C,转速120–210 r/min,接种量1%–5%;菌株H6在生长过程中,培养液pH值先稍微下降然后不断上升。菌粉吸附Cd^(2+)的正交优化条件为:菌粉用量0.125 g/L,吸附时间2 h,pH 5.0,温度30°C,此条件下吸附量为205 mg/g。SEM-EDS分析和红外光谱(FTIR)分析表明,在吸附过程中主要作用基团有羟基、羧基、羰基、酰胺基和烷基,此外,Ca^(2+)与Cd^(2+)发生了离子交换。【结论】从活性污泥中分离出的菌株H6,初步鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),是1株具有较强Cd^(2+)吸附能力的细菌菌株。

关键词：镉蜡样芽孢杆菌筛选与鉴定生长条件吸附

生物质炭对湘南矿区轻度Pb污染土壤性质及Pb的累积转运影响

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农业环境科学学报 2018年第2期37卷 259-267页

作者：徐继敏张平廖柏寒耿勤李倩彭佩钦中南林业科技大学环境科学与工程学院中南林业科技大学稻米品质安全控制湖南省工程实验室长沙410004

为探讨生物质炭对湘南矿区附近轻度Pb污染土壤的改良效果,通过盆栽试验,研究不同施炭条件(0、0.5%、1.0%、2.0%)对水稻土壤性质及Pb在水稻中的累积转运影响。结果表明:施用玉米秸秆炭能使土壤pH值提高0.50~0.67个单位,有机质增加6.9%~25... 详细信息

为探讨生物质炭对湘南矿区附近轻度Pb污染土壤的改良效果,通过盆栽试验,研究不同施炭条件(0、0.5%、1.0%、2.0%)对水稻土壤性质及Pb在水稻中的累积转运影响。结果表明:施用玉米秸秆炭能使土壤pH值提高0.50~0.67个单位,有机质增加6.9%~25.1%,CEC升高24.7%~41.3%,土壤Pb的毒性浸出量降低4.4%~25.9%,且Pb的毒性浸出量与有机质、CEC分别呈极显著和显著性负相关;在相同施炭条件下,上述各指标在水稻生长的幼苗期和成熟期时存在差异,土壤pH值和有机质幼苗期高于成熟期,CEC和Pb的毒性浸出量幼苗期低于成熟期。水稻各部位中,根表铁膜对Pb的累积量最多,谷壳对Pb的转运能力最大,施用玉米秸秆炭能增加水稻根表铁膜及谷壳富集Pb的能力,降低水稻根系、茎叶及糙米中Pb含量,当施炭量≥1%时,糙米中Pb含量低于0.2 mg·kg^(-1),达到国家食品污染物限量标准。研究表明,生物质炭能够有效改良湘南矿区轻度Pb污染土壤,显著降低糙米中Pb的累积。

关键词：土壤 Pb污染玉米秸秆炭水稻富集与转运