纳米铁对地下水中As(III)的吸附动力学

实验室合成制得的纳米铁BET比表面积为49.16 m2/g, 直径范围为20~40 nm.通过批实验考察纳米铁对As(Ⅲ)吸附动力学情况.结果表明, 在20℃、pH为7时, 纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ), 在60 min内, 0.1 g纳米铁对起始浓度为910 μg/L溶液As(Ⅲ)去除率大于99%.反应遵循准一级反应动力学方程, 标准化后的As(Ⅲ)速率常数k_SA为2.6 mL/(m2·min).纳米铁对As(Ⅲ)的吸附等温曲线能够很好地满足Langmuir和Freundlich方程, 相关系数R2＞0.95, 由Langmuir模型获得单层纳米铁的最大吸附量为76.3 mg/g.0.1 mol/L NaOH对吸附在纳米零价铁(NZVI)的As(Ⅲ)解吸率为21%.在竞争阴离子中, SiO₃2-和H₂PO₄-对As(Ⅲ)的去除有明显阻碍作用, 而其他离子基本上没有影响.纳米铁对As(Ⅲ)的去除机理主要是吸附和共沉淀.      

导电、导磁聚苯胺纳米复合物的合成与表征

在纳米Fe₃O₄晶体粒子存在的情况下, 用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作乳化剂及分散剂, 通过HCl调节体系的酸度, 合成了导电、导磁的Fe₃O₄-聚苯胺(Fe₃O₄-PANI)纳米复合物, 用X-衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外(FT-IR)等对该复合物进行了表征, 结果显示: SDBS与HCl发生竞争掺杂行为, 复合物的组成为Fe₃O₄-PANI-DBSA, Fe₃O₄平均粒径约13 nm, 且均匀分布在聚苯胺基体中, 该复合物具有较好的导电性及导磁性, 随着纳米Fe₃O₄含量由7.79%增加到35.34%, 复合物的电导率由1.71 S/m下降至0.41 S/m, 复合物的比饱和磁化强度σ_s则由6.14 A·m2/kg增加到18.11 A· m2/kg, 其矫顽力在0.52~0.73 A/m之间.      

二氧化锰改性粉煤灰制备及其对地下水中砷的吸附特性

高砷地下水在我国广泛分布,开发绿色高效的除砷材料对于促进地区发展和保障居民饮用水安全具有重要意义.采用共沉淀法结合NaOH水热处理技术制备了二氧化锰改性粉煤灰吸附材料MFA150,并研究其对地下水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附特性.结果表明,NaOH水热处理破坏了原始粉煤灰的玻璃体结构,且在这一过程中生成沸石相,粉煤灰比表面积由1.30 m²/g增加至40.26 m²/g.在负载MnO₂后,MFA150比表面积达到148.82 m²/g.此外,吸附材料表面-OH的含量显著增加,为As(Ⅲ)和As(Ⅴ)提供了更多的吸附活性位点.MFA150对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程符合Elovich模型和Freundlich模型.在中性条件下MFA150对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附量分别达到2.55 mg/g和9.71 mg/g,酸性条件更有利于吸附.溶液中共存的HCO₃^-和PO₄^3-会抑制As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附,...     

深层地下水稀土元素无机形态及其对稀土特征的影响——以皖北任楼矿煤系含水层为例

在对皖北任楼矿煤系含水层地下水常规离子和稀土元素组成分析的基础上,运用Visual Minteq软件对溶解态稀土的无机形态进行了模拟。结果表明:煤系含水层地下水分为富SO₄2-和富HCO₃-(或富CO₃2-)两类,二者pH值大致以8.20/8.36为界。富SO₄2-水具有相对富HCO₃-水偏低的稀土总量,但二者在PAAS(后太古代平均页岩)标准化图解上均表现为轻稀土亏损的型式。富SO₄2-水中稀土无机形态包括Ln3+、LnCO₃+、LnSO₄+、Ln(CO₃)₂-和Ln(SO₄)₂-(Ln代表稀土元素),但富HCO₃-水中以Ln(CO₃)₂-和LnCO₃+为主,且各形态的相对含量与pH值和元素类型(如轻、重稀土)关系密切。HCO₃-含量与地下水∑REE和/Nd_SN/Yb_SN存在明显的相关性,表明不同含量的稀土元素无机形态(尤其是Ln(CO₃)₂-)对地下水中稀土元素总量和轻重稀土分异程度存在影响。      

江汉平原浅层含砷地下水稀土元素特征及其指示意义

江汉平原被确认为我国南方新的饮水型砷中毒病区,目前对于江汉平原高砷地下水的成因机理研究还有待完善.综合运用水文地球化学分析与PHREEQC地球化学模拟计算,分析了地下水和沉积物中REE分异特征及其沿地下水流向形态变化规律.江汉平原地下水REE含量为0.032~0.843 μg/L,富集LREE,具显著Eu正异常,且地下水中Eu异常与As含量呈正相关关系.地下水中REE形态主要以LnCO₃+及Ln(CO₃)₂-为主,沿地下水流向LnCO₃+降低、Ln(CO₃)₂2-升高.地下水REE浓度分布受到HCO₃-的络合作用及Fe氧化物矿物的还原性解吸附过程控制,径流途径中继承沉积物矿物的REE配分模式及Fe氧化物矿物对LREE的优先解吸附可能是地下水富集LREE的原因,并且沿流向上REE形态分布受到pH控制.研究区中Eu含量及Eu正异常对地下水As富集程度具有一定的指示意义.      

藏南彭错林硅质岩地球化学特征及沉积环境分析

通过野外地质调查和系统的岩石化学、常量元素、微量元素以及稀土元素等研究,探讨了藏南彭错林硅质岩的地球化学特征及其沉积环境。研究表明,呈厚层状产出的绿色、棕褐色硅质岩具有较高的SiO₂含量,局部受Fe、Mn矿化,Al/(Al+Fe+Mn)比值小,在Fe-Mn-Al三角成因判别图解中,大部分硅质岩样品落入热水沉积区域,微量元素Sr、Zr、Cu、Zn和Ba含量较高,稀土元素∑REE较低,Ce负异常,Eu正异常,北美页岩标准化后配分模式稍向左倾,体现出热水沉积特征;在沉积环境判别图100×Fe₂O₃/SiO₂-100×Al₂O₃/SiO₂、Fe₂O₃/(100-SiO₂)-Al₂O₃/(100-SiO₂)和Fe₂O₃/TiO₂-Al₂O₃/(Al₂O₃+Fe₂O₃)中,硅质岩样品投影到洋中脊和深海区域,说明形成于大洋中脊和深海盆地环境;硅质岩常量和稀土参数变化特征图显示,在剖面中PCL-1、PCL-5和PCL-7采样位置更接近热液中心;硅质岩的形成与板块的汇聚消减产生的以洋中脊和海底热点为中心的洋壳热水系统有关。     

桂西北喀斯特区石灰土矿物质的空间变异特征

基于整个桂西北喀斯特地区石灰土的网格取样分析,采用经典统计分析和地统计学方法,研究桂西北喀斯特大尺度区域下表层(0～15 cm)石灰土矿物质(SiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、Al₂O₃、MnO)的空间变异特征及影响因素。结果表明：SiO₂含量高达55.72%,其次为Al₂O₃,二者占了土壤矿物质含量的85.22%;变异系数在37.50%～71.67%之间。SiO₂空间自相关中等,Al₂O₃和MnO空间自相关弱,三者变程长,空间连续性好;CaO、Fe₂O₃、MgO空间自相关显著,变程短。Al₂O₃、Fe₂O₃的空间变异特征主要受海拔影响,裸岩率是影响SiO₂、MnO和MgO空间变异性的主要地质...     

西藏班公湖蛇绿混杂岩中硅质岩的地质地球化学特征及其形成构造环境

蛇绿混杂岩是研究洋陆转换、板块构造向板内构造转换过程的关键证据。本文以西藏班公湖蛇绿混杂岩中的硅质岩为研究对象,通过岩石学以及主量、稀土元素地球化学特征研究,分析了硅质岩成因和沉积环境。研究区硅质岩呈夹层产出在沙木罗组或断片产出在玄武岩中,具有隐晶质结构、生物碎屑结构和块状构造,含有晚侏罗世—早白垩世放射虫。硅质岩w(SiO₂)为73.80%～90.44%,w(Al₂O₃)为3.67%～12.33%;MnO/TiO₂,Fe₂O₃/SiO₂,Fe₂O₃/TiO₂和Al₂O₃/(Al₂O₃+Fe₂O₃)分别为0.14～0.91,31.44～141.88,1.83～11.80和0.66～0.96;稀土元素北美页岩标准化后显示平坦型稀土配分模式,δ...     

酸雨对桂林枯水期岩溶地下水δ13CDIC及碳汇效应的影响

定量评价硫酸对岩溶碳汇效应的影响有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度, 对当前全球气候变化研究意义重大.选取受酸雨影响的桂林岩溶区为研究对象, 在枯水期对研究区14个岩溶大泉和15条地下河水化学成分和碳同位素进行了测试分析, 结果表明: 岩溶大泉和地下河中阳离子以Mg2+和Ca2+为主, 阴离子以HCO₃-为主, 分别占阳离子和阴离子组成的90%以上, SO₄2-含量较低, 其含量范围为0.004~0.213mmol/L; 所占阴离子组成比例为0.12%~6.11%;δ13C_DIC、[Ca2++Mg2+]/[HCO₃-]更偏向于碳酸溶解端元, 离硫酸溶解端元距离远, 证实硫酸参与碳酸盐岩的溶解对地下水无机碳(dissolved inorganic carbon, 简称DIC)及δ13C_DIC的影响有限; 与Sr2+/Ca2+值一样, δ13C_DIC主要受径流条件控制, 其大小可以反映地下水径流条件的强弱.利用化学计量关系计算出由硫酸溶蚀碳酸盐岩的平均比例为22.64%, 产生的DIC(HCO₃-_H2SO4)占总DIC的平均比例为13.04%, 碳酸产生的DIC(HCO₃-_H2CO3)占地下水总DIC的比例为86.96%, 其中来源于土壤大气中的HCO₃-比例为43.48%.因此, 扣除硫酸对地下水中DIC的贡献后, 岩溶碳汇效应将减少13.04%.      

生物纳米FeS强化灰岩去除酸矿废水中砷的研究

通过两种还原型微生物铁还原菌JF-5和硫酸盐还原菌SRB对模拟酸矿废水中Fe~(3+)和SO~(2-)_4的还原作用合成纳米FeS,并将该生物纳米FeS包覆在灰岩表面,以提高灰岩可渗透反应墙(PRBs)对酸矿废水中砷的去除能力。通过批吸附实验研究As(Ⅴ)的静态吸附机理,柱实验研究As(Ⅴ)在包覆灰岩柱中的动态吸附和迁移,结果表明,包覆层生物FeS粒径为纳米级,并呈现一定晶形,能有效提高灰岩表面的比表面积和对As(Ⅴ)的吸附能力,红外光谱分析表明化学吸附为主要吸附机制;生物纳米FeS包覆灰岩静态吸附实验最大吸附量为187.46μg/g,达到纯灰岩吸附量(6.64μg/g)的30倍;JF-5和SRB形成的生物包覆吸附性质优于SRB和Fe(Ⅱ),二者对As(Ⅴ)的吸附能力都远大于纯灰岩对As(Ⅴ)的滞留能力。     

北祁连山镜铁山地区镜铁山群岩石地球化学特征及其地质意义

镜铁山铁(铜)矿床是我国西北地区发现和勘探最早的大型铁(铜)矿床。对于铁矿床的成因,目前还存在不同的观点。笔者等对镜铁山铁铜矿床赋矿地层开展了岩石学和岩石化学成分分析,结果显示：变质石英砂岩的SiO₂平均含量为96.95%、Al₂O₃平均为1.36%、Fe₂O₃平均为0.31%,SiO₂/Al₂O₃平均值为73.26,K₂O/Na₂O平均值为12.54;除Sn以外,其他微量元素平均含量均低于后太古宙澳大利亚页岩(PAAS)值,稀土元素总量显著低于PAAS值,具有弱的Eu正异常,Ce异常不明显;铁碧玉岩SiO₂平均含量为85.67%、Fe₂O₃平均含量为10.19%、SiO₂/Al₂O₃平均为430.47、K₂O/Na<...     

惠州凹陷HZ21钻孔珠江组地球化学特征及其沉积环境

根据21件碎屑岩样品的常量元素和微量元素相关关系、组分含量及某些元素的比值特征,探讨了珠江口盆地惠州凹陷HZ21钻孔的元素地球化学特征与古环境意义。研究表明:Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、TiO₂、V、Cr、Rb相互间呈明显的正相关关系;SiO₂与Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂呈明显负相关,与K₂O呈弱相关关系;Sr与CaO呈明显正相关关系;P₂O₅与Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、TiO₂呈明显的正相关,与SiO₂呈明显的负相关,且与CaO呈弱相关关系。据锶钙比值103(Sr/Ca)和V/Cr值分析,HZ21井珠江组从下往上水体有逐渐加深的趋势,与单井沉积相分析结果一致。据镁铝比值102(MgO/Al₂O₃)和Sr/Ba值分析,珠江组从下往上沉积环境的水体盐度变化不太大,但到上部略有下降。古气候指示剂Rb/Sr值和MgO/CaO值显示,NSQ1和NSQ2层序时期气候干燥寒冷,而NSQ3和NSQ4这两个层序时期气候湿热。总之,地球化学特征所反映的沉积环境与沉积相分析的结果相一致,说明元素地球化学与沉积环境关系密切,可作为沉积相判别的标志。      

滇东南晚二叠世铝土矿地球化学特征及物源分析

滇东南地区晚二叠世铝土矿属典型的喀斯特型铝土矿,矿体赋存于上二叠统吴家坪组(龙潭组),分析其地球化学特征对研究其物质来源具有重要意义。全岩分析显示铝土矿石成分以Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂和TiO₂为主,其中Al₂O₃与Fe₂O₃ 、SiO₂具有较好的负相关关系。微量元素Cr、Zr、 Hf、Ta、Th、U和稀土元素在铝土矿矿化过程中不断富集,元素Zr-Hf、Nb-Ta之间具有明显的正相关关系。lgCr-lgNi图解、稳定元素比值(Zr/Hf)及稀土元素配分模式等地球化学特征说明峨眉山玄武岩为铝土矿的形成提供了主要的物质来源,同时下伏碳酸盐岩也提供了部分成矿物质。     

喀斯特区域的水化学不稳定性——以黔中地区为例

黔中地区是岩溶作用发育的喀斯特区域.1993年秋和1994年春末采自该地区不同类型水样的水化学分析表明:碳酸盐岩裂隙泉水呈中偏碱性,为[C]Ca-Ⅱ型;秋季离子总量、HCO₃-及Ca2+浓度大于春季.裂隙泉水流经地表一定距离后,HCO₃-降低,pH及SO₄2-、Cl-、K+、Na+明显增高.黄果树的天星桥、水帘洞及落水潭三个部位河水的SO₄2-、Na+以及Fe3+、NO₃-等浓度的季节性变化也更加明显.春季因瀑布暴气,CO₂的逸出,钙华生成更强烈一些.红枫湖作为喀斯特区域地表水的汇集地,HCO₃-与SO₄2-的当量比值仅2.1～2.4;Ca2+与Mg2+比值上升为2.4～4.2,Cl-浓度较碳酸盐岩裂隙泉水增高1倍;Na+浓度增高一个数量级.说明流域内地表土层溶蚀及人为污染影响的增强.土层孔隙水属强矿化水,而湖水呈现过渡特征.碳酸盐沉淀作用、硫酸盐矿化作用及固氮氨化作用,导致水质组成的显着差异.     

鄂西南利川二叠纪吴家坪组硅质岩成因及沉积环境

鄂西南利川吴家坪组硅质岩与海相石煤及多层火山粘土岩共生,产海绵骨针及放射虫化石,放射虫组合以泡沫虫类为主,内射球虫类次之,隐管虫类很少,代表外陆棚沉积环境。硅质岩的陆源元素Al、Ti含量较高,热水来源元素Fe、Mn含量较低,Al/(Al+Fe+Mn)值在0.64~0.83之间,平均值0.73。在Al-Fe-Mn三角图中,样品位于或紧邻非热水沉积区,在 SiO₂- (K₂O+Na₂O)、SiO₂-Al₂O₃, (K₂O+Na₂O)-Al₂O₃ 图解中大多数样品落在火山成因区,少数位于火山成因与生物成因区之间。相对于沉积岩的微量元素丰度,生命元素Mo、V富集,指示热水沉积的特征元素Ba、As、Sc亏损。∑REE较低,∑LREE/∑HREE平均值为3.02,Ce、Eu均轻度负异常（δCe:0.75~0.83,平均值0.79;δEu:0.61~0.95, 平均值0.84）,经北美页岩标准化后稀土元素配分曲线近水平。以上地球化学特征表明研究区硅质岩属火山成因,并伴有生物作用。氧化还原判别指标U/Th、V/(V+Ni)及Ce_anom,沉积环境判别指标MnO/TiO₂,La_N/Yb_N 与判别图解100×TFe₂O₃/SiO₂-100 Al₂O₃/SiO₂、TFe₂O₃/(100-SiO₂)-Al₂O₃/(100-SiO₂)、TFe₂O₃/TiO₂-Al₂O₃/(Al₂O₃+TFe₂O₃)、La_N/Ce_N-Al₂O₃/(Al₂O₃+TFe₂O₃)与∑LREE/∑HREE-100×Eu/∑REE一致表明硅质岩形成于大陆边缘缺氧环境。     

新疆吐鲁番盆地陆相白垩纪与古近纪界线的环境指标

通过对新疆吐鲁番盆地白垩纪和古近纪陆相地层的氧化物、碳酸钙、有机碳含量分析以及有机碳稳定同位素的测试,并通过w(Fe³⁺)/w(Fe²⁺)比值指示的古温度研究,探讨了该地区白垩系-古近系界线的特征以及古气候特点。研究表明在白垩系/古近系界线附近各项环境指标发生了明显的变化。在白垩纪末期,有机碳同位素δ¹³C_org明显偏正,Al₂O₃、Fe₂O₃含量降低;而进入古新世,δ¹³C_org明显偏负,Al₂O₃、Fe₂O₃含量升高。对w(Fe³⁺)/w(Fe²⁺)比值指示的古温度计算表明,在白垩纪末期大气温度比较低,而进入古新世气温回升,这与进入古新世有机碳稳定同位素明显偏负的特征一致。     

岩溶洞穴系统SO42-、NO3-来源及其对水岩作用的影响

为揭示洞穴系统中SO₄2-和NO₃-离子来源及其对洞穴碳酸盐溶解的影响,通过对麻黄洞6个水点自2018年8月至2019年7月进行为期一个完整水文年的系统监测,对于监测结果进行综合分析.结果表明:（1）麻黄洞洞穴水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg以及HCO₃·SO₄-Ca·Mg型;（2）通过实地调查与元素比值法综合分析可知,麻黄洞NO₃-与SO₄2-各水点来源存在一定差异,其中麻黄洞NO₃-主要源于农业活动和大气N沉降,而SO₄2-主要以农业活动、石膏溶解为主要来源,SO₄2-和NO₃-均参与了岩溶作用,加速了基岩的溶蚀,这一过程主要受离子浓度、径流大小以及补给模式影响;（3）基于水化学计量法和稳定同位素技术估算可知,SO₄2-和NO₃-洞穴水DIC的贡献为0.05~0.61,释放DIC的同时改变了水中离子浓度,对于岩溶作用形成扰动,总体呈现出旱季>雨季、滴水>裂隙水的特征.同样,由于岩溶区的复杂和不可知,在对其进行系统研究时应当注重多种方法的结合与比较,提高研究精度与可信度.      

丰宁黄土-古土壤剖面常量元素地球化学特征

丰宁滦河上游的河谷地带有多处黄土堆积,由于该地区黄土分布零星、厚度较小,在以往的研究中却很少引起人们的关注,然而该地区黄土堆积是河北坝上地区环境演化和气候变化的重要地质记录.为了探讨该地区黄土的成因、物源以及化学风化强度,选取代表性的黄土-古土壤剖面77个样品进行了常量元素分析,并与已知典型风成堆积物的地球化学元素特征进行对比.结果表明:(1) 丰宁剖面的主要常量元素(SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃)之和以及UCC(Upper Continental Crust)标准化曲线均与典型风成堆积物具有较好的相似性, 表明丰宁黄土和古土壤为风成成因;(2) 丰宁黄土处于初等化学风化阶段,古土壤则进入了中等化学风化阶段.与典型风成堆积物相比,化学风化强度序列为:宣城风成红土＞＞西峰红黏土、镇江下蜀土＞丰宁古土壤、洛川古土壤＞洛川黄土＞丰宁黄土;(3) 常量元素迁移特征表明丰宁黄土和古土壤的化学风化已完成了早期去Na、Ca阶段,并进入到了中期去K阶段;(4) 丰宁黄土、古土壤的K₂O/Al₂O₃和Fe₂O₃/Al₂O₃比值与洛川黄土、洛川古土壤、镇江下蜀土、西峰红黏土较为接近,表明这些风成堆积物可能具有相似的源区.而TiO₂/Al₂O₃比值小于其他风成堆积物, 指示丰宁剖面具有其他物源.      

基于DFT方法的注热蒸汽开采CH4吸附机理

为探究不同煤阶煤吸附CH₄和H₂O吸附机理,采用量子化学方法中的密度泛函理论（DFT）,在B3LYP/6-31G基组上计算了不同煤阶煤的大分子稳定构型及煤分别吸附CH₄、H₂O及CH₄与H₂O共存条件下的吸附能和电荷转移情况。研究结果表明:煤吸附CH₄为物理吸附,随着煤阶升高,煤吸附CH₄能力增强;吸附H₂O时以氢键形式作用,其中煤中含氧官能团为氢键供体,H₂O中-OH为氢键受体,随着煤阶升高,吸附H₂O能力减弱;当H₂O与CH₄共存时,H₂O抢占CH₄吸附位,导致煤优先吸附H₂O,使吸附态CH₄减少,游离态CH₄增多。从分子水平完善了煤吸附甲烷和H₂O的吸附机理,为注热蒸汽开发煤层气奠定了吸附理论基础。      

岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减机制

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等物理过程和生物降解过程对石油类有机物衰减贡献率的平均值分别为31.53%和68.47%,生物降解作用是岩溶裂隙含水层自然修复能力的主要机制.利用质量守恒定律分析水化学（HCO₃-、NO₃-）和同位素（δ15N_NO3、δ18O_NO3和δ13C_DIC）之间的相关关系可知石油类有机物生物降解贡献地下水HCO₃-的平均值为33.93%;石油类有机物生物降解消耗主要电子受体NO₃-贡献地下水δ13C_DIC的百分率为30.77%且其占总生物降解的90.69%.