河口硅酸盐物理化学过程研究——Ⅲ、河口活性硅转移机理的现场验证初步研究—悬浮物中硅、铁和铝的含量分布

在本研究第二篇中,我们通过实验室模拟研究,发现海水中Fe+++或Al+++离子在适当pH条件下生成Fe(OH)₃或Al(OH)₃胶体沉淀后,对活性硅有相当大的吸附能力;同时还通过吸附热计算、淋洗脱附实验和重溶解实验,判断上述吸附并不是一般可逆的离子交换吸附,而比较可能是化学吸附,吸附后基本上不转化为高聚硅酸结构,而比较可能进行结构重排转入内部结构中去.根据这些结果,我们提出一个关于河口活性硅地球化学转移的理论图象:即活性硅主要通过由于pH和盐度提高而生成的铁、铝等元素氢氧化物胶体沉淀的吸附而转移,再进一步转化为比较稳定的铁、铝的硅酸盐化合物形式,沉积到海底.为了进一步验证这个理论图象的现实性,我们再度在九龙江口进行了一些现场取样分析研究,试图通过河口各处海水悬浮物中各化合形式硅、铁、铝的分布变化资料,加以初步归纳总结,并和理论图象相对照.     

河口硅酸盐物理化学过程研究——Ⅳ、河口活性硅转移机理的分析

河水带下较多量的溶解硅酸盐(用“硅钼黄法”测出量称为“活性硅”),在河口处与海水混合过程中,溶解硅酸盐有没有一部分转移到非溶解相?是生物吸收转移为主还是无机化学转移为主?最后转移形成什么物质并归宿到何处?有多大部分重新参加硅的地球化学循环?如何循环?这些过程搞清楚,对研究硅在海洋中的地球化学、河口及近海海底沉积的形成与性质、港湾的淤积与变迁、生物的初级生产力以及河口各种水化学特征(进而涉及到河口各种污染物质的分布转移机理),都会有所帮助.它们一直是近十几年来国际上海洋化学工作者所注意的问题之一,然而直到现在仍然争论不休,没有取得一致见解.     

铀酰络离子在水合氧化钛上的吸附作用 Ⅱ.红外光谱研究

本文测定了Na₄[UO₂(CO₃)₃]、Na[UO₂(OH)₃]和水合氧化钛(HTO)在海水中及NaCl-NaHCO₃-U水溶液中吸附铀的红外光谱,得到它们的铀酰振动光谱带,计算了表面吸附态和某些铀酰络合物配位体与中心原子的电荷迁移量,研究红外光谱特性与络合物性质之间的关系.研究还发现,海水中铀在HTO上的吸附,除了HTO作为配位体外,吸附态的其他配位体是H₂O和OH,也有一部分CO₃2-基团.提出了吸附态结构和吸附作用机理.     

偕胺肟树脂的吸铀机理

通过对偕胺肟树脂对铀的吸附等温线和吸附速率测定,研究了偕胺肟树脂在海水中的吸铀机理,实验表明树脂吸铀量随温度上升而增加,亦随pH值不同而变,由热力学计算的吸附焓变为ΔH=42.4千焦尔/摩尔,由动力学计算的吸附表观活化能为41.2千焦尔/摩尔,结果表明吸附过程是通过树脂的偕胺肟基对铀酰离子的化学吸附,而树脂对铀酰离子吸附能力的次序为:UO₂2+>[UO₂(OH)₃]->[UO₂(CO₃)₃]4-。     

长江河口及邻近海域表层沉积物中铁溶解和磷释放活性的动力学表征

运用溶解动力学实验及活性连续体模型表征了长江河口至东海邻近海域表层沉积物中铁(Fe)和磷(P)的活性。通过动力学数据拟合得到了活性组分的理论含量m₀和表观速率常数k。结果表明，Fe(Ⅱ)普遍存在于表层沉积物中，这应是高活性有机络合态Fe(Ⅲ)絮凝/沉淀到沉积物中后快速还原的结果。沉积物中黏土及总有机碳（TOC）含量对Fe(Ⅱ)的m₀及其k值起重要控制作用。从长江河口至邻近海域沉积物中Fe(Ⅱ)均以FeCO₃形态为主，FeCO₃的溶解及与之相结合磷(主要为交换态P和自生P)的释放导致Fe(Ⅱ)和P具有相似的溶解动力学特征。与吸附于Fe(Ⅱ)矿物相的P相比，与Fe(Ⅱ)矿物相共沉淀的P的m₀较高，但k较低。与TOC含量较低的粗粒沉积物中的Fe(Ⅲ)相比，TOC含量较高的细粒沉积物中Fe(Ⅲ)的m₀值较小，但k值较大。以上特征是Fe不同的氧化还原过程导致的。Fe(Ⅲ)氧化物的含量(m₀)和活性(k)总体上控制着与之相结合P的含量(m₀)及溶解活性(k)。虽然传统活性Fe形态分析未能揭示出长江河口沉积物中活性Fe的富集作用，但溶解动力学表征结果表明，Fe的絮凝/沉淀导致河口沉积物中活性Fe的明显富集，且该过程主要发生在盐度明显增加的低盐度河口区。     

钛胶海水提铀动力学研究Ⅱ——吸附机理的推断

海水提铀机理的研究,已逐渐受到重视,然而,至今研究还不是很深入,观点也各有差别.例如,Keen等[1]认为钛胶从海水中吸附铀是阳离子交换过程,即海水中的铀是UO₂2+离子的形式与钛胶进行交换;尾方升等[2]则倾向于阴离子吸着,即铀是以UO₂(CO₃)₃4-的形式被吸附.我们曾于1973年在海洋局系统的一次会议上提出阳离子给合交换的看法,并在后来的两次专业会议上予以补充发展.张正斌[3]认为是阳离子交换或一价阳离子失水络合.最近崔清晨[4]提出可能是UO₂(OH)₃-的络合吸附.根据几年来的工作,我们仍认为,钛胶从海水中的吸铀机理可能是一种阳离子形式的络合交换过程.     

海水中铀的测定

江河湖水资源调查,水源污染控制以及海水提铀工作的开展,都促使人们开展对微量铀分析的研究.天然水中微量铀的分析大体上由二步组成,一是从大体积水样中浓集铀,二是浓集物中铀的分离和测定.人们广泛采用的富集方法之一是吸附共沉淀法(作为吸附剂有Al(OH)₃[1]、Fe(OH)₃[2]、活性炭[3]、AlPO₄[4]等)、胶体吸附浮选法以及有机共沉淀法等.     

长江河口淡水端溶解态无机氮磷的通量

1998年2和9月在长江河口淡水端连续观测了DIN(NO₃-,NO₂-,NH₄+),PO₄3-,流速和流向.结果表明,溶解态无机氮、磷浓度的时空变化较复杂;1998年2月NO₃-,NO₂-,NH₄+和PO₄3-的月通量分别为168241,974.4,19335和2648t,9月的月通量分别为905678,8317,5797和6281t;1998年NO₃-,NO₂-,NH₄+和PO₄3-年通量分别为497.1×104,3.911×104,10.22×104和4.155×104t.     

潮优型河口动力对水深变化的响应机制研究——以葡萄牙Guadiana河口为例*

强人类活动(如航道疏浚)和自然气候变化(如海平面上升)对近岸河口环境不同影响的辨识是目前河口海岸学研究的热点和难点问题。在地形概化和动力简化条件下, 解析模型能够快速辨识强人类活动和自然气候变化对河口环境的影响, 它是探讨河口动力过程对外界干扰的响应机制的重要工具。本文基于前人对葡萄牙Guadiana河口不同分潮之间非线性相互作用的研究, 采用一维水动力解析模型探讨河口不同分潮潮波传播过程对水深变化(模拟航道疏浚和河道淤积过程)的响应机制。研究结果表明: 平均水深$\overline{h}$的变化影响无量纲河口地形参数γ和摩擦参数χ, 进一步影响河口动力参数包括潮波振幅参数ζ、流速振幅参数μ、波速参数λ、潮波振幅增大/衰减率参数δ以及流速与水位之间的相位差?等; 平均水深变化对河口中下游段(x=0~60km)的潮汐动力影响较大, 而对河口上游段(x=60~78km)影响较弱; 主要半日分潮(M₂、S₂、N₂)对水深变化的响应略大于全日分潮(K₁、O₁); 航道疏浚幅度小于2m时, 对河口潮汐动力格局影响不大, 而当疏浚幅度大于2m时, 将对河口潮汐动力格局及水环境(如盐水入侵等)产生较大影响; 河道淤积将导致潮汐动力减弱, 流速振幅、潮波振幅及传播速度减小, 流速和水位之间的相位差也减小。     

铀酰络离子在水合氧化钛上的吸附作用——Ⅰ.化学热力学特性

本文研究了水合氧化钛在NaCl-NaHCO₃溶液和海水中对铀酰络离子吸附的热力学特性。测定吸附等温线和各种pH值的吸附密度,估算了各组分对吸附密度的贡献、吸附自由能△G_ads,i、静电吸引能△G_coul,i和化学吸附势能△G_chem,i。并且计算了平均自由能△G_ads、吸附焓变△H_ads和吸附熵变△S_ads。由此得出结论:这是一种自发的吸热的络合吸附过程。     

长江口潮滩表层沉积物对NH4+-N的吸附特征

沉积物对NH₄+-N的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一,它在河口潮滩生态系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用.以长江口滨岸潮滩为研究区域,运用实验模拟的方法,研究了沉积物对NH₄+-N的吸附特征,结果表明,在长江口潮滩上覆水和孔隙水中NH₄+-N含量的变化范围内,沉积物对NH₄+-N的吸附呈线性变化;研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附系数为3.81~9.00,且与沉积物中有机碳(TOC)含量有良好的相关关系,它揭示了有机质控制着长江口潮滩沉积物中NH₄+-N的吸附行为.实验模拟与实测结果对比发现,在潮滩自然环境条件下,研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附处在非热力学平衡状态过程中.盐度是影响NH₄+-N吸附过程的重要环境因子,且导数方程关系式在低盐度范围内,盐度的微小变化对NH₄+-N的吸附有显著的影响.     

河口硅酸盐物理化学过程研究——Ⅱ 河口活性硅转移机理的实验室模拟研究—氢氧化铁与氢氧化铝胶体沉淀对海水中活性硅的吸附

河口活性硅酸盐除了被稀释和被吸收外,有没有进行明显的无机化学转移?一直到最近几年,仍然是国际上争论的问题[1-6]。我们已在本研究第Ⅰ篇[1]报导了河口活性硅含量分布;河水与无硅海水人工混合后活性硅含量变化;电解质浓度和pH值对硅酸盐溶液中活性硅含量的影响以及吸附剂影响的初步实验;证实了河水和海水混合后活性硅含量的变化主要决定于悬浮物、电解质、pH值三个因素的同时作用。     

河口海区污染物稀释规律的研究——污染物稀释过程的一种数学模式

本文探讨了受污染河流影响,水体混合较好的河口海区污染物稀释过程的规律。根据河口海水每一个水样都可看作是由海水与河水按一定比例混合而成的概念,提出了河口海区污染物稀释过程的一种数学模式,分别叙述了单纯物理混合及有转移作用情况下,污染物浓度与稀释比的关系。利用这些关系及实际调查资料,有可能确定对于有转移作用的污染物在海水中浓度与已转移浓度之间的经验关系。这对研究污染物在海水中的转移作用,海水自净机理,及其地球化学过程等都具有一定的意义。     

辽河口海域N2O分布特征和海气通量研究

于2007年5月份(枯水期)和8月份(丰水期)采集辽河口区域大气样品及水样,应用气相色谱及静态顶空法测定大气及海水中溶解N₂O的浓度,并计算不同站位的N₂O通量。结果表明:辽河口区域水体中溶解N₂O浓度存在着明显的时空变化,5月份河口区域水体中N₂O浓度高于8月份,且河流段溶解N₂O浓度大于近海岸海域。水中溶解N₂O浓度及溶解氧浓度呈显著的负相关关系。在枯水期和丰水期,所有站位的N₂O均处于过饱和状态,N₂O气体从水体向大气排出,辽河口区域是大气中N₂O的一个排放源。     

灰化法磷测定中不同灰化助剂的效果比较:以焦磷酸钠作为磷标样

对Na₄P₂O₇加入不同灰化助剂经不同温度(200～550℃)灼烧后磷的回收率进行了研究.所研究的灰化助剂除文献中已深入研究过的MgSO₄和Mg(NO₃)₂外,还对MgCl₂等10余种盐试剂进行了实验.结果表明,除Mg(NO₃)₂外,MgCl₂,MgAc₂,CaCl₂,Ca(NO₃)₂等均能使Na₄P₂O₇灰化后的磷完全回收(灼烧温度不低于450℃),而加入MgSO₄在任何灼烧温度下磷的回收率均低于80%,效果不佳.因此,在利用目前已被广泛应用的由Solrzno和sharp所提出的方法去分析海水中颗粒磷和总磷或有机体中的磷时,应当用MgCl₂(或MgAc₂)作为灰化助剂来取代MgSO₄.     

夏季长江河口层化与湍流混合特征分析

利用2016年夏季长江河口现场水文特性与湍流微结构观测资料, 分析了长江河口水体温盐结构、层化发育、湍流与混合特征。结果表明: 1)夏季长江河口水体密度层化结构明显, 根据各层水体密度梯度差异, 可将水体分为底部混合层和上层密度跃层, 两部分的密度层化界限与浮力频率等值线lg N ² = - 4.0接近。2)底部混合层湍动能耗散率大, 层化结构弱, 水体分层稳定性弱; 上层密度跃层湍动能耗散小, 层化结构强, 水体分层稳定性强, 这有利于河口内波的发育与传播。3)在密度层化的作用下, 水体的湍动能耗散率、湍动能剪切生成及浮力通量的能量关系在一定范围内符合湍动能局部能量平衡方程。不同层之间的湍流弗劳德数Fr_t和湍流雷诺数Re_t在Fr_t-Re_t平面上呈现明显的分区, 与经典的分层剪切流理论基本吻合。     

河口环境中重金属的转移机理

一、引言由于河口环境受到日益严重的污染,特别是重金属污染(据估计由河口排入海洋的重金属约为几十万吨/年),使得河口环保问题日趋急迫,而重金属的转移机理,可以反映重金属的存在形式,影响其收支关系,并决定它们的分布情况。探明重金属在河口海域的转移机理,才能最大限度地利用大自然赋予人类的巨大自净能力,进而采取适当的措施,防止污染的发生和加剧。河口环境中,存在着错综复杂的各种过程和变化多端的众多影响因素。所以,其转移机理也是十分复杂的,且随各河口的不同条件而异,但归纳起来大体可分为三个方面:①水动力迁移。它依靠潮汐和水体的运动,主要有混合作用和扩散作用。②物理化学迁移。它起因于该环境中的各种物理化学变化。主要包括吸附和解吸作用、絮凝作用、     

长江古河谷早中全新世沉积物碳埋藏通量与来源解析

为了研究长江古河谷地区早中全新世沉积物的碳埋藏速率及来源,进行了ZK1孔沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)及δ₁₃C的测定,结合AMS₁₄C(植物碎屑、贝壳)测年、有孔虫及粒度数据,分析了长江古河谷碳埋藏的时空分布特征与TOC来源。采用历史地理学、沉积地质学结合测年数据进行了年代地层划分,自下而上分别为U1潮汐河道、U2河口湾、U3潮流砂脊和U4前三角洲。沉积物受到水深、径流、河口余环流、潮流、波浪、风暴与再矿化等作用或因素影响,TOC平均值为0.41%,低于长江河口表层沉积物基准值0.46%。ZK1碳埋藏通量(TOC_BF)介于7.4～110.5 g/(m₂·a)之间,差异较大。TOC_BF数值主要受控于沉积速率。δ₁₃C与TOC/TN(C/N)投影点结果表明,TOC来源表现为多源特征,且整体表现为偏陆源特征。C/N与δ₁₃C线性拟合相关性高,适合采用C/N与δ₁₃C进行TOC来源的定量分析。基于C/N与δ     

河口生物地球化学研究

河口区由于其水环境中物理、化学、地质及生物过程的复杂性与特殊性,其生物地球化学研究与开阔海洋相比有很大差异。过去的研究集中在对河口化学元素的测量。分析及其与河流之间的对比上,并由此产生了一批突出的成果,提出了一些描述河口生态－地球化学系统的理论,然而。关于河口生物地球化学的模式研究至今仍相当薄弱。     

东海沉积物间隙水中硅酸盐和硫酸盐“扩散-平流-反应”模式的研究

本文提出了东海沉积物间隙水中溶解硅酸盐和硫酸盐的“扩散-平流-反应”模式。研究结果表明,由于间隙水受到硅酸盐溶解、吸附和沉淀不同体系的控制,因而间隙水中的硅酸盐具有三种不同形式的垂直分布,并从模式中得到了上述反应的反应常数,其中E柱硅溶解的一级动力学反应常数为0.00l 42a~(-1)。首次发现了东海沉积物间隙水中硅酸盐指数下降的垂直分布规律,并从数学模式上进行了处理。本文还研完了由于有机质还原sO_4~(2-)而产生的硫酸盐指数下降垂直分布,提出其模式,结果表明,SO_4~(2-)还原最大速率发生在沉积物-水界面附近,每年可达lmmo1/dm~3。