宁南西吉含水层沉积物的氟释放特征

宁南西吉存在范围较大的高氟地下水区,属于高氟水重灾区.以宁南含水层沉积物为研究对象开展室内实验,探讨了pH、Ca2+、Na+、HCO3-和Ca2+/OH-协同作用对沉积物中氟释放的影响及定量关系.结果表明,相对于HCO3-,pH值对F-释放的促进作用更高,相对增量为10％～50％.低Ca2+/ Na+比提高了沉积物所释放F-的活度,有利于地下水中F-的聚集.不同岩性对pH值的缓冲能力不同,从而决定F-的释放.整体而言,粉质粘土、泥岩和粘土F-释放的浓度相对其他岩性要高.泥岩和粉质粘土的F-释放受pH影响较大.沉积物中Al、Fe、Mn、Si组分含量、总F-浓度与不同条件下淋滤出的F-浓度也具备较好的相关性.沉积物的F-含量对地下水中F-聚集有较大的影响.     

镉及其络合物在黏土上的吸附行为

淋洗剂EDTA 二钠和柠檬酸三钠与镉形成的络合物及镉本身在黏土上的吸附行为研究表明: 上述两种淋洗剂能有效提取表层土中的Cd,形成的络合物在迁移过程中又能较好地被黏土层吸附。黏土对Cd2 +、Cd--EDTA 和Cd--柠檬酸的吸附容量顺序为: Cd--柠檬酸＞ Cd2 + ＞ Cd － EDTA; 3 种形态的吸附过程均以离子交换吸附为主,并在15 min 内完成。黏土对Cd2 + 和Cd － 柠檬酸的吸附容量随溶液初始pH 的升高而增大,对Cd--EDTA 的吸附容量随pH 升高略有降低。     

油页岩对钴离子的吸附性能研究

油页岩中因含有大量的黏土矿物而对金属离子具有一定的吸附能力.采用静态吸附法对油页岩吸附钴离子的影响因素及吸附动力学进行了研究.结果表明,油页岩粒度、溶液浓度、溶液pH值、吸附时间等均对吸附性能有一定影响.油页岩对钴离子的吸附量随样品粒径的减小而增大;随着钴离子初始浓度的增加,油页岩对钴离子的吸附总量增加;溶液pH值在3~8范围内,油页岩对钴离子的吸附量和吸附率随着pH值的增大呈上升趋势.通过吸附动力学研究发现,油页岩对钴离子的吸附过程符合准二级动力学过程和粒子内扩散机理.     

工业膨胀蛭石对水体中磷的去除研究

研究了工业膨胀蛭石对模拟养殖废水中磷酸盐的吸附性能,考察了pH值、吸附时间、固液比对吸附效果的影响,并通过原子吸收光谱法测定了蛭石在对磷酸盐吸附过程中主要金属元素的浸出含量,探究膨胀蛭石吸附水中磷的吸附平衡,对吸附机理进行了探讨。结果表明,工业膨胀蛭石对磷酸盐的吸附量可达2.76 mg/g,pH值在3~9的范围内有较高的吸附量;K、Ca、Mg这3种元素的浸出含量随着溶液中磷酸盐浓度升高而增加,Fe、Al元素则相应减少;工业膨胀蛭石对磷的吸附机理主要是先通过离子交换作用交换出层间阳离子,然后与H2PO-4、HPO2-4反应形成沉淀被吸附;吸附等温曲线均符合Freundlich公式与Langmuir公式,相关系数分别为0.978 1和0.985 1。     

白云母—流体界面盐离子分布的计算模拟研究:对离子地球化学循环的启示

黏土矿物是表生土壤、沉积物、碎屑岩结晶颗粒表面的常见矿物,常与地质流体处于共存状态。离子–水–黏土矿物的相互作用影响着表生环境的流体组成、元素输运、土壤有机质分馏和沉积物的力学特性等。通过分子动力学模拟认识离子在黏土矿物–流体界面的分布,是揭示黏土矿物参与离子地球化学循环过程的基础。以白云母为研究对象,使用分子动力学模拟和热力学计算方法,分析了白云母–碱金属盐溶液界面的离子吸附结构和静电作用特性。研究发现Na⁺离子在白云母表面形成了两个内球络合吸附层, K⁺、Cs⁺离子仅形成一个内球络合吸附层。内球络合吸附层外可以形成多个外球络合吸附层,表现为离子的层状吸附结构。增大盐浓度没有改变同种离子的吸附结构,仅改变吸附层分布的大小。定量对比了使用伞状采样方法计算的离子吸附自由能曲线和基于离子密度分布得到的自由能曲线,二者总体一致,基本确证了模拟采样的充足性。研究表明界面流体不能视为均一的介电环境。     

大同盆地砷中毒病区沉积物中砷的吸附行为和影响因素分析

沉积物对砷的吸附-解吸作用是控制砷在地下水中的迁移和转化的决定性因素。对砷中毒重病区大同盆地山胡县沉积物中砷的吸附行为和影响因素研究结果表明,沉积物对砷的吸附符合Freundlich吸附等温模式,吸附量主要与沉积物颗粒大小、黏土矿物质量分数和类型、铁铝氧化物质量分数以及沉积物中As的质量分数有关,有机质质量分数对砷的吸附量影响需进一步深入研究。铝硅酸盐、铁铝氧化物质量分数较高且颗粒较细的黏土和亚黏土类沉积物对砷的吸附性较强;而铝硅酸盐、铁铝氧化物质量分数较低且颗粒较粗的细砂和粉砂类沉积物对砷的吸附性较差,其所处的含水层也是形成高砷地下水的主要含水层。pH值为5．5～8．0时,砷的吸附量最大。大同盆地高砷地下水pH条件非常不利于沉积物中砷的吸附,易形成高砷地下水。该区地下水10℃左右的温度条件非常有利于沉积物对砷的吸附,但由于影响因素较多,且地下水的温度在不同季节会发生一定的变化,其产生的影响还有待进一步研究。     

降雨作用下冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制

利用现场剪切试验、X射线粉晶衍射、电镜扫描及土水化学效应试验等手段探讨了降雨作用下欢喜坡冰水堆积体角砾土强度变化的微观机制。降雨对冰水堆积体角砾土的抗剪强度有着显著的影响,其饱和状态的黏聚力和内摩擦角比天然含水率情况分别降低64.3%和22.5%。降雨溶浸后,角砾土微观结构变得松散、黏聚力降低,其强度衰减的微观机制可概括为黏土矿物吸水膨胀,钙镁质胶结物溶解,离子交换吸附和角砾与水的微观作用,其主要表现为:黏土矿物吸水膨胀,粒间孔隙增大,其形态由絮凝状变为似层状或分散状;钙镁质胶结物溶解导致溶液中Ca2+、SO₄2-浓度出现明显增加;离子交换导致Na+浓度增大,黏土颗粒表面扩散层变厚,粒间引力减小;角砾与水的微观物理化学作用导致其粒间接触面粗糙度降低。     

赤泥中氟迁移转化的影响因素分析

为了研究赤泥中氟向下运移过程中的影响因素,根据堆场周围的水文地质条件,设计了7组动态淋溶试验,并对试验数据进行了灰色关联度分析。结果表明,排放7天后的赤泥其表面下700 mm处的温度仍达78℃,而刚排放到堆场的冲灰水温度更高,可达87.5℃,高温赤泥和冲灰水有利于氟的迁移;赤泥的pH值为10.29～11.83,浸出液的pH值为12.00～13.20,碱性很大,致使氟易随水迁移;赤泥的其它污染组分,如总硬度、Cl-、SO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+,均对氟的迁移有一定的影响,且Na+、SO42-和Ca2+为主要控制因素,即溶液中Na+、SO42-、Ca2+含量越高,赤泥中的F-离子越易淋出。      

黏土矿物界面吸附Fe(Ⅱ)耦合对邻硝基苯酚还原转化的增强机理研究

系统考查了Fe(Ⅱ)分别与高岭石、蒙脱石结合的界面结合系统对邻硝基苯酚(简称2-NP)的还原转化作用。研究表明,矿物表面结合态Fe(Ⅱ)能够有效提高2-NP的还原转化速率,2-NP的还原反应符合伪一级反应动力学方程,而且速率常数(k)随溶液p H值、亚铁离子初始浓度以及反应温度的升高而显著增大。当温度25℃,p H值6. 7,Fe(Ⅱ)和2-NP初始浓度分别为3. 0 mmol/L、0. 022 mmol/L,以及黏土的投加量为4. 0 g/L时,Fe(Ⅱ)/高岭石系统对2-NP的还原转化率在4. 0 h内可达到100%。同样,p H值从6. 0升高至7. 3时,Fe(Ⅱ)/蒙脱石系统对2-NP的还原转化也显著增强;但在较低p H值和较低初始Fe(Ⅱ)浓度时,蒙脱石对Fe(Ⅱ)的还原催化性能不如高岭石,可归因于蒙脱石具有较高的离子交换性能。因此,Fe(Ⅱ)在上述两种矿物上吸附形态的差异是导致该系统对2-NP还原转化出现不同效应的根本原因。     

北京平原包气带典型沉积物对NH+4 N吸附特性研究

采用批实验方法,研究了北京平原典型沉积物对NH+4 N的吸附规律。结果表明颗粒越细的沉积物,达到吸附反应平衡所需的时间越长,对NH+4 N的吸附量也越大;NH+4 N初始浓度在0~50 mg/L范围内,Henry、Langmuir、Freundlich吸附等温模式均能较好地描述北京平原典型沉积物对NH+4 N的吸附特性。沉积物对NH+4 N的吸附量随初始浓度的增加而增加;沉积物的颗粒越细,Henry吸附系数K越大,单位质量沉积物的饱和吸附量也越大;沉积物中TOC含量对沉积物的NH+4 N吸附行为有一定的控制作用,永定河、潮白河沉积物TOC值与Henry吸附系数K的相关系数R2分别为050,076;沉积物对NH+4 N的饱和吸附量随着土水比的增加而减少,通过乘幂的方式拟合不同土水比下的饱和吸附量,得出了北京平原包气带沉积物对NH+4 N的饱和吸附量;相同岩性条件下,特别是细颗粒沉积物中,潮白河沉积物对NH+4 N的吸附能力较永定河沉积物强,而同一流域内,中、下游沉积物的吸附能力较上游强。     

陆架边缘海环境下金属元素与有机质富集关系探讨

陆架边缘海是“河口—陆架”体系重要的碳汇,黏土矿物作为主要载体将有机质与金属元素吸附于表面或层间,通常表现为粒度、有机质和金属元素含量之间高度正相关。本文通过分析南黄海中部沉积物粒度、总有机碳、主微量元素,探讨三者之间分布特征和相互关系,进一步开展金属元素、有机质与黏土矿物吸附模拟实验,结果表明,酸性条件（pH=4）下适量的金属离子（Zn2+、Ni2+、Pb2+）明显促进伊利石对腐殖酸（有机质主要组成部分）吸附,腐殖酸吸附量达到20.06 mg/g,其中金属离子加入使腐殖酸吸附量提高6.25%;同时碱性条件（pH=8）下金属离子也能够促进伊利石对腐殖酸吸附,腐殖酸吸附量达到15.7 mg/g,金属离子加入使腐殖酸吸附量提高38.9%。金属离子的阳离子键桥作用促进伊利石吸附腐殖酸,且酸性环境下腐殖酸的吸附量高于碱性环境。证实了陆架边缘海背下金属元素的参与对黏土矿物吸附腐殖酸具有明显促进作用,有利于在全球碳循环过程形成边缘海“碳库”,同时海洋酸化可能造成海洋溶解有机质降低和重金属离子浓度升高,对陆架边缘海海洋生态系统平衡构成威胁。     

斜发沸石对钾离子的吸附/解吸动力学研究

以KCl为钾源、新疆某地所产斜发沸石为吸附剂,研究斜发沸石对K+的动力吸附与解吸效果,并探讨吸附时间、K+初始浓度与吸附量的关系。用pH=5的HCl溶液和(Ca2++Mg2+)浓度/(mmol.L-1)为1.6,3.2,6.4,12.8,19.2,25.6的混合溶液对饱和吸附了K+的斜发沸石进行解吸,实验结果表明:沸石对K+的吸附在4min能达到最大吸附率的96%,30min内达到平衡。Langmuir吸附等温式能对吸附曲线进行很好的描述。单位质量沸石对K+的最大吸附量为44.53×10-3,以阳离子交换吸附为主。pH=5的HCl溶液对K+的解吸量最小,随解吸溶液中(Ca2++Mg2+)浓度增加,解吸滞后系数减小,解吸速率远小于吸附速率。解吸量的自然对数与解吸时间的自然对数呈现明显的线性关系,用指数方程对(Ca2++Mg2+)浓度为25.6mmol/L的解吸曲线进行拟合,R=0.998,拟合方程为qt=3.890t0.210。理论上将吸附的K+全部解吸出来需要74.4d。     

比表面积氮气吸附法在蒙脱石碱性溶蚀表征中的应用

蒙脱石矿物颗粒粒径小、比表面积大、水敏性强,易堵塞储层孔隙和喉道,是影响油田储层质量的主要黏土矿物,碱性条件下蒙脱石的溶蚀特征是油田开发中普遍关注的问题。对于蒙脱石溶蚀特征的表征,前人常用的方法有反应前后质量对比法、X射线衍射法、溶液离子浓度分析法及pH值分析法,质量对比法操作复杂,X射线衍射图谱计算人为误差大,溶液离子浓度法对难熔元素的检测误差大,pH值法受温度变化的影响。本文应用比表面积氮气吸附法测量蒙脱石在不同氢氧化钠浓度条件下的比表面积、孔容、孔径变化及吸附脱附曲线来表征其碱性溶蚀特征,优选出适合油田开发的氢氧化钠溶液浓度及充注时间(反应时间)等实验条件,确定了最佳溶蚀浓度为0.05 mol/L氢氧化钠溶液,最佳反应时间为3 h。实验表明,比表面积氮气吸附法测得的比表面积、孔容、孔径及吸附脱附曲线表征的蒙脱石溶蚀特征,与反应后溶液pH值及离子(如Si4+)浓度变化所得的结论相同,验证了该方法的正确性,且具有直观、准确、可靠的特点,可应用于比表面积较大的多孔矿物溶蚀研究。     

Adams和Couch法古盐度恢复结果的可靠性检验——以青海湖布哈河口区沉积物为例

Adams公式和Couch公式是利用沉积物中硼元素浓度对沉积水体古盐度进行定量恢复的常用方法,但由于两种方法的恢复结果经常存在较大差异,古盐度的计算结果常难以让人信服。为了验证Adams公式和Couch公式的可靠性,本次研究采集了青海湖布哈河口区不同沉积环境的表层沉积物和底层水体样品,处理后分别分析了沉积物中硼元素浓度、总有机碳（TOC）含量及矿物组成,同时对水体盐度及其硼浓度进行了测量,结果表明:湖泊水体中硼浓度与盐度存在极好的线性正相关性,但沉积物中硼元素的浓度与沉积水体中硼的浓度并无直接联系。根据沉积物中硼的浓度及黏土矿物含量和组成,分别采用Adams公式和Couch公式对水体盐度进行计算,盐度计算值均远高于水体盐度实测值,其中Adams公式的计算结果与实测值差别最大,盐度计算值与沉积物中硼含量呈正相关关系。沉积物中的硼元素主要由继承自母岩的硼、黏土矿物吸附硼和有机质中富集的硼三部分组成,只有黏土矿物中的吸附硼能够反映水体盐度。青海湖布哈河口区沉积物富含有机质,有机质对硼强烈的富集作用是导致Adams公式和Couch公式盐度恢复结果失效的重要原因,同时不同类型黏土矿物对硼吸附能力的差异也对恢复结果有重要影响:黏土矿物在盐水中的浸泡试验表明蒙脱石对硼的吸附能力最强,次为伊利石,高岭石吸附能力最差,推翻了Couch关于伊利石对硼吸附能力最强的认识。原Adams公式和Couch公式仅没有考虑有机质对硼的影响,对不同类型黏土矿物吸附能力的认识有误,不适合陆相沉积物沉积水体古盐度的恢复。沉积物黏土矿物中吸附硼浓度仍是反映沉积水体盐度的可靠指标,古盐度的恢复首先必须消除沉积物中有机质对硼的影响,然后根据一系列的浸泡试验确定不同类型黏土矿物对硼的吸附系数,并建立新的计算公式。     

凹凸棒石缓释钾肥的制备及缓释效果研究

以凹凸棒石为缓释载体,研究凹凸棒石缓释钾肥的制备条件,并以其吸附时间、K+初始浓度与吸附量的关系,确定K+吸附量最大时的K+初始浓度缓释效果。用pH=5的HCl溶液和(Ca2++Mg2+)浓度为1.6mmol/L,3.2mmol/L,6.4mmol/L,12.8mmol/L,19.2mmol/L,25.6mmol/L的混合溶液对凹凸棒石缓释肥进行解吸。结果表明:凹凸棒石对K+的吸附量在30min内达到平衡,单位质量凹凸棒石对K+的最大吸附量为13.97×10-3;pH=5的HCl溶液对K+的解吸率最小,随解吸溶液中(Ca2++Mg2+)浓度增加,解吸率增大,凹凸棒石对K+的解吸过程符合Elovich方程,解吸速率远小于吸附速率;以pH=5的HCl溶液对凹凸棒石缓释钾肥进行动态解吸和静态解吸实验,动态解吸得出的解吸率较静态解吸的解吸率低,解吸液为450ml时,动态解吸和静态解吸的解吸率分别为35.5%和50.3%,前者能更真实地反应凹凸棒石缓释钾肥的缓释效果;该凹凸棒石是钾肥良好的缓释载体。     

三江平原土地利用变化对水体中铁环境行为的影响

三江平原湿地农田化对铁的赋存形态、迁移转化特征及输出量产生影响。以湿地沼泽水体和稻田水体为研究对象,利用切向超滤技术分离铁的形态,研究土地利用变化前后铁的形态、迁移转化特征的差异。结果表明：湿地农田化后水体中可溶态总铁质量浓度下降16.9%;由于水体pH值的升高,Fe²⁺质量浓度下降56.3%,非溶解态酸性不稳定铁含量显著升高。沼泽水和稻田水在迁移过程中,铁均以络合态铁和酸性不稳定态铁2种形态迁移。沼泽水在迁移过程中Fe2+和络合态铁含量下降,酸性不稳定态铁含量升高,胶体态铁含量变化不大;稻田水在迁移过程中,络合态铁和酸性不稳定态铁含量下降,Fe²⁺和胶体态铁含量较稳定。2种水体铁形态的转化有较大差异：日间沼泽水中非溶解态的酸性不稳定态铁向可溶态铁转化;稻田水体可溶态铁向酸性不稳定态铁转化。     

针铁矿/水界面反应性的实验研究

选择针铁矿对Pb2+、Cu2+、Cd2+等3种重金属离子的吸附实验,开展矿物/水界面反应性研究.金属离子(M2+)在矿物-水溶液间分配有多种表面反应机制,这些表面反应发生作用的条件主要取决于吸附质水化学性质和矿物表面荷电性,因此,溶液pH值是影响矿物/水界面反应性的关键因素.在不同pH值条件下, 表面羟基可通过发生质子化或去质子化反应而使得矿物表面产生荷电性并发生改变,而金属离子的水解则可显著加快金属羟基配合物的形成,从而进一步增强了矿物/水界面反应.本实验条件下针铁矿表面对重金属离子的吸着量随pH值升高而升高,在一个较窄的pH值范围内吸附率急剧升高,呈S形分布.针铁矿对3种不同的重金属离子的吸附能力的强弱顺序是Cu2+＞Pb2+＞Cd2+.无论是Langmuir方程还是Freundlich方程,都能较好拟合针铁矿对重金属离子的等温吸附过程.Freundlich方程的n值均在0.1～0.5之间,说明重金属离子在针铁矿表面的吸附并不能简单地归结为单配位或双配位模式,可能存在着多种吸附结合形态.表观吸附常数KM值的变化规律,说明重金属离子与针铁矿表面反应模式及其表面吸附形态发生了变化,具体的吸附形态还有待谱学研究进一步证实.     

鲁西南浅层高氟地下水成因的水文地球化学研究

鲁西南京杭运河以西的大部分地区浅层地下水氟含量普遍偏高,最高达6.0 7mg/L,是地方性氟中毒症高发区。根据巨野煤田勘探期间在巨野、郓城、嘉祥等地进行的浅层地下水(埋深<2 0m)水文地球化学调查资料,结合本区地形、地貌、气候、岩性等因素,对浅层地下水的水文地球化学特征及高氟地下水的成因机理进行了研究,指出本区地下水氟的富集主要与pH值、矿化度、HCO₃-、Ca2+、Mg2+含量有关,计算了F、Ca、Mg 3种元素的组分浓度以及几种固相沉积物的饱和指数,并提出了相应的预防和治理措施。      

微生物介导碳酸盐矿物合成过程中溶液pH值及主要阳离子变化及其地质意义

微生物介导碳酸盐矿物沉淀为“白云岩”问题的解决带来了希望。本次研究利用好氧、中度嗜盐细菌,在Mg²⁺/Ca²⁺值分别为3,5和7的溶液中合成碳酸盐,记录了每隔24 h溶液中的pH值,并取样分析了溶液中主要阳离子的变化情况。了解溶液pH值和阳离子变化,有利于我们了解微生物作用下碳酸盐矿物形成的过程,对理解微生物作用下碳酸盐的形成机制具有重要意义。实验结果表明,合成的矿物主要为一水碳酸钙、方解石及原白云石。3种溶液的pH值在前4 d均明显降低,溶液整体呈酸性,4 d后溶液pH值降低的趋势减缓,10 d后溶液pH值缓慢上升,呈近中性或弱碱性。Ca²⁺,Mg²⁺均呈现先下降后略微上升的趋势,Ca²⁺,Mg²⁺后期略微上升可能是由于细菌活性降低后不再消耗Ca²⁺,Mg²⁺,溶液中的H⁺,Na⁺和K⁺等阳离子在阳离子交替吸附的作用下替换出了一部分吸附在培养基上...     

梧州水文站和昭平水文站岩溶碳汇特点研究

以位于桂江中下游昭平水文站、西江上游梧州水文站为研究对象,总结梧州水文站、昭平水文站一个完整水文年岩溶碳汇特点,比较分析两个监测水点岩溶碳汇差异,为固碳增汇工程提供科学依据。(1)梧州站监测水点全年平均单位面积碳汇量1.31tCO2/km2,水中HCO-3浓度、Ca2+质量浓度全年动态变化相似,与流量呈负相关关系。汛期,HCO-3浓度、Ca2+质量浓度随流量增大而减小;非汛期,HCO-3浓度、Ca2+质量浓度随流量减小而增大。碳汇量动态变化曲线与流量变化曲线变化趋势基本相似;2011年5月单位面积碳汇量最大,同年9月单位面积碳汇量最小。(2)昭平站监测水点全年平均单位面积碳汇量0.86tCO2/km2,水中HCO-3浓度、Ca2+质量浓度全年动态变化相似,与流量没有明显相关关系。昭平站碳汇量动态变化曲线与流量变化曲线变化趋势相同,2012年3月单位面积碳汇量最大,2011年9月面积碳汇量最小。(3)两个监测水点碳汇量动态变化曲线与流量变化曲线变化趋势极为相似,可以证明流量为影响碳汇量的重要因素。