马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用模型的建立与验证

使用SEM、EDS、IR、XRD等仪器,分析了马兰黄土的物化组成、表面结构及表面位浓度和阳离子交换容量等特征,并利用这些数据建立了马兰黄土-Cr(Ⅲ)的水岩相互作用模型及变初始浓度、去碳酸岩盐以及形态提取实验。通过对比模拟结果与实验结果,验证模型的可靠性,并初步获取了马兰黄土与水溶液中Cr(Ⅲ)作用过程中所发生的相关反应及其强度。结果显示,在实验浓度(1～100mg/L)范围内,该模型能够很好地描述马兰黄土与水中Cr(Ⅲ)的反应过程,其模型精度达90%。本成果将进一步丰富马兰黄土与Cr(Ⅲ)水岩相互作用的机理研究。     

天然黄铁矿除Cr（Ⅵ）中Cr2S3物相的发现

利用天然黄铁矿处理含Cr(Ⅵ)废水实验,在反应中与反应后黄铁矿表面和胶体沉淀物中明显出现Cr2p的XPS能谱峰,能拟合出574.7～575.1eV、576.6～576.9eV和578.2～578.7eV3个峰位,分别代表Cr2S3、Cr2O3和CrO3物相。在实验过程中新发现Cr2S3沉淀物相,表明在常温常压下的水溶液介质中也能产生铬的硫化物物相。充分利用这些含铬物相,能使天然黄铁矿包括天然磁黄铁矿在还原Cr(Ⅵ)的同时,无需加碱就可将Cr(Ⅲ)沉淀转移到胶体沉淀物中,处理后的上清液中全Cr含量低于1.5mg/L的国家允许排放标准。天然黄铁矿自身溶解出的重金属含量很低,不影响处理后的出水水质。开发利用Cr2S3等含铬沉淀物相,便于推广应用天然黄铁矿和磁黄铁矿还原Cr(Ⅵ)同时沉淀Cr(Ⅲ)的一步法除铬新工艺。     

膨润土负载纳米铁镍同步修复地下水中三氯乙烯和六价铬复合污染

纳米零价铁原位注射修复地下水污染是近年发展的新技术,以往研究多侧重于单一目标污染物的去除效果及作用机理,但是地下水多种污染物共存问题不容忽视。本文针对典型污染物三氯乙烯TCE和六价铬Cr(Ⅵ),运用合成的活性高、稳定性强的膨润土负载纳米铁镍(B-Fe/Ni)开展修复实验,研究B-Fe/Ni对TCE和Cr(Ⅵ)共存复合污染的修复效果及其作用机制。通过一步法合成B-Fe/Ni,对TCE和不同浓度Cr(Ⅵ)混合污染的去除进行试验研究,对反应前后的样品B-Fe/Ni进行表征,并跟踪反应过程中TCE和Cr(Ⅵ)的浓度变化。结果表明:B-Fe/Ni同步去除水中TCE和Cr(Ⅵ)快速高效,50 mg/L Cr(Ⅵ)在2 h内能被B-Fe/Ni (1 g/L)完全去除而不受共存TCE(0. 1 mmol/L)的影响,然而TCE降解速率会随共存Cr(Ⅵ)的浓度(0、10、30、50 mg/L)增大而降低。经透射电镜-电子能谱及X射线光电子能谱表征验证,这是由于B-Fe/Ni与Cr(Ⅵ)快速反应,生成部分Fe-Cr共沉淀会覆盖B-Fe/Ni表面的活性位点,抑制了TCE的降解,但通过分析TCE降解产物可知,B-Fe/Ni同样能对TCE完全脱氯。因此,B-Fe/Ni适用于地下水复合污染修复,实际应用时需考虑多种污染物共存的相互影响,选择适宜试剂用量和注射方式,这对纳米零价铁修复技术的发展具有重要理论意义和应用参考价值。     

地下水中稳定铬同位素的生物地球化学作用

铬是地下水中常见的一种变价重金属污染物,在自然界中广泛分布且应用广泛。将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)是地下水铬污染防治中的主要策略。在Cr(Ⅵ)的非生物还原过程中存在铬同位素分馏现象,通过地下水中铬同位素组成的变化情况可以定量地指示Cr(Ⅵ)的还原程度和速率。这被认为是一个重要发现,在地下水铬污染防治中有着广阔的应用前景。文中对铬与铬的来源、地下水中铬同位素的测定方法、铬同位素的生物地球化学作用、铬同位素在地下水污染防治中的应用等进行了系统综述。研究认为：微生物广泛参与地下水中铬的氧化与还原作用,并有可能产生显著的铬同位素分馏。地下水中被还原的Cr(Ⅵ)在微生物作用下有可能被活化,用非生物还原条件下的铬同位素分馏规律指示地下水中Cr(Ⅵ)还原程度可能会产生较大的误差。开展地下水中铬同位素的生物地球化学作用研究,特别是生物氧化Cr(Ⅲ)过程中的铬同位素分馏规律研究,对于更全面地认识铬同位素的指示作用具有重要意义。     

磁铁矿协同增强磁黄铁矿去除水体中六价铬

利用天然磁铁矿辅助合成磁黄铁矿去除水体中的Cr(Ⅵ).实验结果表明,磁铁矿对合成的磁黄铁矿去除水体中Cr(Ⅵ)过程存在协同增强作用.同时利用X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对反应前后样品进行分析,发现水体中的Cr(Ⅵ)被有效的还原为Cr(Ⅲ),并以Cr(OH)3及Cr2O3的形式沉淀.设计正交试验探究了磁铁矿粒度、投加量以及废水pH值对除铬过程中2种矿物间协同作用的影响,发现3种因素的影响作用大小顺序为pH值＞磁铁矿粒度＞磁铁矿用量.磁铁矿协同磁黄铁矿去除Cr(Ⅵ)的最优条件为pH值= 3,磁铁矿粒度75～150 μm,用量占比40％.讨论得出2种矿物间的协同作用应包括1)磁铁矿对磁黄铁矿在水溶液中团聚现象的抑制作用;2)酸性条件下磁铁矿表面Fe(Ⅲ)对溶液中磁黄铁矿释放H2S的固定作用.     

陕西泾阳南塬滑坡干湿黄土快速大剪切力学特性

借助于先进的多功能大型高速高压环剪试验机,针对陕西泾阳南塬滑坡中的饱和黄土、干燥黄土在快速大剪切位移条件下的力学响应特性进行了环剪试验研究。研究结果表明:1)在相同试验条件下,与干燥状态黄土相比,泾阳南塬黄土在饱和条件下抗剪强度指标降低。2)在连续快速剪切条件下,泾阳南塬滑坡饱和与干燥黄土均表现出应变软化特征,饱和黄土比干燥黄土的软化特征更加显著。3)在相同法向应力条件下,剪切速率对饱和和干燥黄土峰值强度均有显著影响,但两种状态下土体峰值强度随剪切速率变化特征不同。饱和黄土峰值强度随剪切速率的增大而增大,而干燥黄土峰值强度随剪切速率的增大而减小。4)在不同含水状态下,泾阳南塬滑坡黄土剪切力学特性变化规律具有不同的产生机理。其中,干燥黄土抗剪强度在连续剪切过程中主要受黏土颗粒间摩擦(阻)力、颗粒运移与定向排列以及剪切面形态的控制。与干燥黄土相比,饱和黄土峰值抗剪强度变化主要受土黏聚力的控制并受水的影响;土体内水的作用能够加剧其应变软化程度并可形成光滑平整的剪切面形态,进而对其峰后剪切应力变化产生影响。     

不同氧化度碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ) 的动力学特性

用批量法研究了Mn平均氧化度分别为4.02、3.85和3.70的碱性水钠锰矿对As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)氧化的动力学特性。结果表明,碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)先经历准一级动力学反应阶段,随后表观速率常数(k_obs)逐渐减小至趋近零,达到反应平衡,k_obs逐渐减小除了逆反应影响外,还与产物在矿物表面不断积累,钝化反应位点有关。初始反应阶段k_obs随氧化度增加而增大,氧化As(Ⅲ)的k_obs分别为: 0.095 1、0.039 6和0.007 1 min^-1;氧化Cr(Ⅲ)的k_obs分别为0.034 2、0.017 8和0.014 8 min^-1。氧化As(Ⅲ)的初始反应阶段生成的Mn(Ⅱ)基本保留在矿物表面,对反应位点钝化大,使k_obs减小速度快。而Cr(Ⅲ) 氧化初始阶段,Mn(Ⅱ)释放明显滞后于Cr(Ⅵ)释放,但随反应进行逐渐增加,与Cr(Ⅵ)释放量比值接近于反应计量比。故Cr(Ⅲ) 氧化生成Mn(Ⅱ)对位点的钝化远小于As(Ⅲ)氧化,其初始反应阶段后k_obs减小速度较慢,且氧化度越高,保持一级动力学的初始反应阶段越长,k_obs减小越慢。因此,水钠锰矿的Mn氧化度越高,氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的反应速率越快,As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)在碱性水钠锰矿表面氧化产物的释放行为是影响其反应动力学特性的重要因素。     

黄土对Cr(III)的吸附特性及机理研究

铬是一种重金属痕量元素,人体通过食物链摄入过量的铬会在人体内富集,随之产生中毒反应。研究Cr(III)的浓度、反应时间、反应温度、pH值等因素对Cr(III)在黄土上吸附特性的影响,结果表明黄土对Cr(III)的吸附非常迅速,并且吸附量非常大,等温吸附模型Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)模型都能很好地解释Cr(III)在黄土上的吸附过程。热动力学分析表明,吸附是一个自发的过程,升温可促进吸附作用的进行。随着温度的不断升高,Cr(III)的吸附量逐渐增大。溶液的pH值是影响Cr(III)吸附效果的一个重要因素,当pH>6时,Cr(III)几乎完全被去除。利用X光衍射图谱和红外光谱分析,探讨黄土与Cr(III)的结合机制,黄土中的高岭土、石英等黏土矿物以及有机质成分对吸附过程起重要作用。     

哈尔滨荒山黄土的成因——粒度、地球化学、磁化率、沉积和地貌特征的整合记录

哈尔滨荒山黄土位于欧亚黄土带的最东端,毗邻亚洲大陆干旱带的东部边缘,对它的成因机制研究有助于我们深层次理解松嫩平原地貌-气候-粉尘堆积的耦合关系。然而,目前荒山黄土成因还存在认识上的不统一。我们通过野外观察及对哈尔滨荒山钻井岩芯进行粒度、元素地球化学组成和磁化率分析,进而探讨荒山黄土的成因机制。结果表明:荒山黄土的粒度组成以粗粉砂级(16～63μm)为主,粒度参数特征(平均粒径、中值粒径、标准偏差、偏度和峰态)、粒度像特征(C-M、A-M和L-M)、判别式函数及Kd值对荒山黄土风成成因的指示不明显; L1-L5黄土的元素地球化学组成也没有与受流水改造的L5次生黄土和黄土-古土壤序列下伏的河湖相沉积(荒山组)区分开;荒山黄土-古土壤序列的磁化率呈现出周期性高低变化的特征,与黄土高原典型风成黄土剖面具有较好的一致性;结合野外观察,荒山黄土具有均一沉积和垂直节理发育等风成黄土典型特征。本文运用整合的方法确定哈尔滨荒山黄土为风积成因。黄土的粒度和地球化学指标作为黄土成因机制的替代性指标存在一定的局限性,在实际应用中应当结合野外观察和磁化率等其他替代性指标共同使用,才能够从中提取正确的成因机制信息。     

川西高原甘孜黄土的成因

本文通过对甘孜满地黄土的粒度组分、石英砂的表面结构以及其它地质现象的综合研究,对甘孜黄土的成因进行了探讨。在黄土的概率累计曲线上,跃进组分和悬移组分反映明显,并以悬移组分为主。悬移组分粒径小于2φ~3φ,并以粉砂(4φ~8φ)为主,占悬移总体的94%~99%;对甘孜黄土进行扫描电镜观察表明,石英砂大部分为块状颗粒,少量(10%)呈纺锤形。采用矩阵法计算甘孜黄土的粒度参数:黄土的平均粒径(d₅₀)为5.057φ~5.883φ,明显大于古土壤(6.120φ~6.549φ).古土壤的标准偏差(σφ)为1.513~1.973,大于黄土(1.205~1.778);黄土和古土壤的偏度系数(SKφ)为-0.088~0.248,显示为正偏或近于对称。黄土和古土壤的尖度系数(Kφ)分别为0.123~1.702、0.023~0.059,前者峰形窄,后者峰形较宽。对甘孜黄土扫描电镜观察表明,石英砂大部分为方形或长方形颗粒,少量(10%)呈纺锤形。石英砂有密集的翻卷片、蛇曲脊、圆麻坑,这些结构反映了风成特征。另方面,少量石英砂显示冰川作用结构,例如大大小小的贝壳状断口、平行擦痕等。在甘孜西面、德格以南的金沙江东岸川藏公路980km路碑处,三阶地上部的黄土层中,发现3条冰楔。此外,甘孜黄土中孢粉稀少。根据上述特征推断,甘孜黄土应为冰缘风成黄土。      

末次间冰期以来黄土中伊利石结晶度的变化与古环境

对环县、长武和渭南3个剖面末次间冰期以来黄土-古土壤样品进行了粘粒(2μm)提取,采用X射线衍射分析技术对粘粒样品的伊利石结晶度,即KI值(1.0nm衍射峰的半高宽)进行时空变化分析。结果表明,环县剖面的KI值在黄土-古土壤中差异不大,而中南部的长武与渭南剖面能很好地反映冰期与间冰期旋回特征;在空间上,古土壤S_0和S_1的KI值自西北向东南呈现逐渐增加趋势,而黄土L_1层仅在最南部的渭南剖面呈现较高的值,环县和长武剖面差异不大,均呈现较低的值。综合分析影响黄土KI值变化的各个因素后,认为风化成壤作用可能是影响黄土-古土壤伊利石结晶度指标变化的主要因素,可以作为东亚夏季风环流强度演化的指标。     

长株潭近地表大气尘矿物特征及环境指示意义

通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜/能谱(SEM/EDX)方法对长沙、株洲和湘潭(以下简称长株潭)地区近地表大气尘中矿物成份进行分析研究,结果显示大气尘中含有石英、石膏、方解石、白云石、硫酸镉等23种自然矿物,还含有SiS2、Cadmium Arsenide(Cd3As2)、RhZn、Cr2Nb、NiTi、HfMo2等14种非自然矿物;近地表大气尘矿物形貌特征显示Cd元素主要富集在有矿物颗粒的地方,且呈近浸染状分布,能谱半定量分析,Cd含量可达4%,表明Cd易被吸附在矿物表面。分析长株潭地区大气尘中矿物成份、空间分布特征及其来源,对长株潭城市一体化具有及其重要的环境指导意义。     

从矿物学角度探讨芝罘岛黄土状黄土成因及古气候变化

沉积矿物是记录物源信息和古气候变迁的良好载体。通过显微镜碎屑矿物鉴定和黏土矿物X射线衍射峰能谱分析对芝罘岛黄土状黄土2 个剖面13 个样品进行处理, 并对数据进行数学统计分析。结果表明, 芝罘岛黄土状黄土矿物种类、矿物形态特征、磁铁矿和岩屑的高含量等都揭示了黄土来源的多源性和近源性, 末次冰期时的海底平原沉积物以及洪积、残积物是芝罘岛黄土状黄土的重要物源, 而西北内陆沙漠吹来的细颗粒物质相对较少。普通角闪石、绿帘石含量较高的黄土堆积后期是以远源沉积为主, 且以风力搬运为主; 磁铁矿、岩屑含量较高的早、中期是以近源沉积为主, 搬运动力较复杂。根据黄土状黄土的剖面层序特征, 碎屑矿物以及黏土矿物垂相变化特征, 说明黄土堆积的早期, 气候是相对温暖湿润的, 之后变得寒冷干燥, 后来又逐渐回暖, 然后再转冷, 呈现出末次冰期该地冷暖交替的气候旋回。     

小波滤波方法应用效果浅析

为降低利用NaI(Tl)闪烁探测器得到的γ能谱数据因统计涨落而产生误差,又保留谱峰的全部重要特征,以便谱的分析,必须对实测伽马能谱数据进行光滑。文章研究了变换能谱光滑的各种方法:算术滑动平均法、重心法、多项式最小二乘拟合法、离散函数褶积滑动变换和小波滤波法等。采用理论计算,结合实测谱线,通过峰面积标准偏差,与H/FWHM的比较,对各种方法进行评价。结果表明采用小波滤波方法实现伽玛能谱的滤波处理,优于其它滤波效果。     

CE-1伽马能谱测量中4种月球岩石的能谱特征分析

从CE-1 γ能谱测量获得的数据出发,对原始数据进行处理,将原始谱线按每5°×5°网格内平均而获得月表上的γ能谱数据。选取了12条不同位置分别代表玄武岩、斜长岩、富镁岩和KREEP岩的能谱曲线进行分析,发现同一岩性的谱线具有相似性。通过对每种岩性选择的一条谱线进行分析可知,不同的岩性能谱曲线有一定的差别,表现为不同岩性在元素特征能谱峰的变化不同,玄武岩的能谱曲线特征峰主要的元素为Th、K、Si、Ca、C、Fe和Ti;斜长岩的能谱曲线特征峰主要元素为U、Ca、C、Mg、Al和Mn。KREEP岩的能谱曲线特征峰主要为K、Th、U、Si、Ca和Fe,而低C和Al;富镁岩能谱曲线表现为低U、Si、Ca和Cl而高K、Mg、Th和Fe含量特征。文中给出了能较好区分不同岩性的元素特征峰能量,可为月表γ能谱的定量分析奠定基础。     

光照作用对水铁矿去除Cr(Ⅵ)的影响

Cr在环境中释放易导致重金属污染,其所造成的环境危害与Cr存在形态紧密相关。Cr(Ⅵ)多以CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-形式存在,在水体中具有较高溶解度和迁移性,且具有较大的毒性。水铁矿具有大比表面积和高反应活性,是环境中Cr(Ⅵ)的重要吸附剂;同时,水铁矿也是一种天然半导体矿物,在光照诱导作用下可产生光电子并转移电子。然而,水铁矿表面的光化学反应对Cr(Ⅵ)地球化学行为的影响尚不清楚。因此,本研究探讨了光照对水铁矿去除Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:在黑暗条件下,水铁矿通过吸附作用去除了57%的Cr(Ⅵ);在光照有氧条件下,水铁矿对Cr(Ⅵ)的去除率上升到67%;在厌氧条件下,光照效应的增强作用更加明显水溶液中Cr(Ⅵ)几乎完全被去除。结合傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析发现,水铁矿能够快速吸附Cr(Ⅵ),其中有62%的Cr在水铁矿表面被还原,占总去除率的41.5%。因此光照能够通过还原作用增强水铁矿对Cr(Ⅵ)的去除,从而降低Cr(...     

原状与重塑黄土冻融过程渗透特性对比试验研究

通过冻融条件下西安Q₃原状和重塑黄土的电镜扫描观测和三轴固结渗透试验,对比分析了冻融作用对原状和重塑黄土渗透特性的影响规律。结果显示:冻融条件下原状与重塑黄土微观结构均发生明显变化,土体胶结连接强度变差且颗粒排列更加松散,孔隙比增加,渗透性增强。冻融作用对原状和重塑黄土表面结构破坏均较严重,但原状黄土表面结构破坏程度较重塑黄土更为强烈;冻融过程产生的裂缝使得土中水分渗流和迁移的通道形成,导致原状与重塑黄土体渗透性增强。冻融条件下原状与重塑黄土渗透系数随含水率增加均先增大后减小,表现出抛物线变化特征;渗透系数随冻融次数增加均先增大然后趋于稳定,表现出指数增大特征;渗透系数随围压增大均先减小然后趋于稳定,表现出指数下降特征;相同条件下原状黄土渗透系数高于重塑黄土;原状与重塑黄土渗透系数差异随围压增大逐渐减小。     

N2气氛下煅烧的黄铁矿对As(Ⅲ)的吸附作用

微量As(Ⅲ)是水中较难去除的毒性物质,天然黄铁矿对水中As(Ⅲ)的去除能力低于磁黄铁矿.将黄铁矿在氮气下高温煅烧使其转变为由磁黄铁矿构成的多孔结构化材料,具有较高的比表面积和表面化学反应活性,在地下水As(Ⅲ)去除方面具有潜在的应用前景.考察了煅烧温度、煅烧时间、pH值以及溶解氧对去除水中As(Ⅲ)的影响.结果表明黄铁矿煅烧生成的单斜磁黄铁矿对As(Ⅲ)具有最佳去除效果,最佳煅烧条件为600℃煅烧1 h;在水溶液有溶解氧条件下煅烧黄铁矿去除As(Ⅲ)的适宜p H值范围较宽(4~10),而在水溶液缺少溶解氧条件下适宜pH值则变为7~10;煅烧黄铁矿在有氧水溶液中对As(Ⅲ)的吸附比缺氧水溶液中的吸附效果好.     

黄土高原朝那剖面风尘堆积序列磁化率的古环境意义

黄土高原中部连续的风尘堆积黄土-红粘土序列,蕴含着东亚季风演化与高原隆升等重要的古气候与构造信息.结合已有的古地磁年代,根据磁化率的变化特征对黄土高原中部朝那黄土-红粘土剖面记录的古环境变化进行了划分,共划分I(8.1～5.6 MaBP)东亚季风的初显期、Ⅱ(5.6～4.8 MaBP)东亚夏季风开始增强期、Ⅲ(4.8～2.8 MaBP)青藏高原隆升和东亚季风波动增强期、Ⅳ(2.8～2.6 MaBP)气候转型期、V(2.6～1.2 MaBP)弱季风期、Ⅵ(1.2～0.62 MaBP)季风增强期和Ⅶ(＜0.62 MaBP)季风鼎盛期等7个阶段.并将其与全球冰量、太阳辐射进行对比,初步讨论各阶段演化的可能机制.     

铀与酵母菌细胞表面相互作用研究

应用扫描电子显微镜(SEM),傅立叶红外光谱(FTIR)和电子能谱(EDS)方法研究了酿酒酵母菌与铀酰离子的相互作用.电镜结果表明,吸附铀后酵母菌细胞发生一定变化,随时间延长细胞异常加剧;细胞表面有大量铀结晶,结晶量随铀浓度增加和作用时间延长而加大.能谱分析表明,酵母菌细胞表面结晶为含铀化合物.对照吸附前后的红外光谱图...