有机溴化物的溴同位素测试技术及其生物地球化学指示意义

有机溴化物已成为继有机氯化物之后又一值得关注的全球性新兴持久性有机污染物。稳定Br同位素测试技术的快速发展,为有机溴化物生物地球化学循环研究提供了更为有效的技术支撑。在综述稳定Br同位素研究进展的基础上认为：①基于GC-MC-ICPMS技术基础上的有机单体Br同位素（CSIA-OBr）是Br同位素研究的主要趋势,难点是...     

S2-对河砂吸附砷的影响及其作用机理

水体中S2-与砷(As)的迁移富集密切相关, 但不同含水介质中其作用机理尚不明确。为了查明潜流带中常见含水介质河砂在S2-作用下对As的吸附特征, 设计并开展了As在河砂上的吸附动力学实验, 以及S2-作用下河砂对As的吸附实验, 结合PHREEQC模拟计算, XRD、SEM-EDS、XPS和FTIR等表征测试技术, 进一步识别其作用机理。结果表明: 固液比为25 g/L情况下, 河砂对As的吸附在200 h左右达到吸附平衡, 且对As(Ⅴ)的吸附量明显高于As(Ⅲ); 随着S2-浓度的增加, 河砂对As吸附能力逐渐减弱; 模拟及表征测试结果显示, 少量As被吸附在河砂表面, 主要与其表面的Fe、Al结合, 其中As(Ⅲ)的吸附可能还与Si-O键断裂后与S2-结合形成的SiS₂有关。S2-对河砂吸附As的主要影响机理为: ①S2-的加入使得溶液pH值升高、Eh值降低, 从而抑制了As的吸附; ②添加S2-条件下河砂表面的Fe、Al等能与S和As形成AlAs、AlAsO₄、FeS₂及Fe₄As₂O₁₁等化合物, 减少了河砂表面吸附As的活性位点。研究结果有助于丰富As-S作用机理, 以及As在地下水环境中迁移过程的认识。      

紫红色松散土体在不同饱水环境中的化学反应特征试验研究

以特殊的紫红色土为研究对象,采取三峡地区黄腊石滑坡临江松散土进行室内饱水试验,根据能量最低原则建立热力学反应模型,通过线性规划求解,分析不同饱水环境下随时间积累过程中紫红色松散土矿物反应特征及规律。研究表明:松散土在不同溶液浸泡条件下化学反应类型不同,江水和弱碱性溶液中主要发生白云石矿物的溶解,自来水、纯水和弱酸性溶液中主要发生方解石矿物的溶解和Ca2+与K+的交换吸附。另外,不同浸泡环境中不同时间的水-土化学作用活跃程度明显差异,弱酸性溶液与松散土的化学反应在饱水1~7 d最为强烈,其他四种溶液与松散土的化学反应在饱水7~16 d最为强烈。饱水后期,不同溶液浸泡条件下的水-土化学作用都减弱并最终趋向于平衡。     

太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统演化

针对太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统与边山岩溶水系统的相互作用关系这一难点问题, 以地质构造分析为背景, 以岩溶水的水化学、同位素组成特征为线索, 重塑了太原盆地区碳酸盐岩中—低温地热系统地质演化过程.获得了如下3方面的认识: (1)该系统经历了自燕山运动以来的5个阶段的地质演化过程.在晚第三纪至早更新世阶段的稳定沉降期, 该系统与边山岩溶水系统开始分离, 并各自演化.(2)该系统的岩溶作用来自于2个方面: ①中更新世晚期-晚更新世早期的大气降雨沿汾河等断裂带下渗, 经与石炭—二叠煤系地层中的金属硫化物作用, 形成富含硫酸的地下水, 补给碳酸盐岩热储层, 并与其中存留的更古老的岩溶水混合, 促进了碳酸盐岩溶解; ②受中更新世晚期-晚更新世早期盆地基底岩浆的烘烤, 碳酸盐岩发生热解.(3)该系统中的岩溶热水形成于中更新世晚期-晚更新世早期, 由于上覆盖层良好的保温作用而封存至今.其分布范围受地质构造的控制, 东西向分别以东山、西山断裂为界, 南以田庄断裂为界, 北以亲贤地垒北边界为界.      

天然饱水-失水对三峡库岸边坡土体的影响研究

三峡水库运行后水位周期性涨落,导致边坡土体在天然条件下长期处于被库水饱和-失水-再饱和的交替过程。分析2005－2009年库区水位变化,以及边坡土体在库水涨落被饱水-失水的次数与时间长度,分时段采集三峡库区库岸石榴树包滑坡堆积土样,分析其化学和矿物成分,观察土体微观结构,探索天然饱水-失水过程中水-岩相互作用对库岸边坡土体的影响和力学效应作用规律。研究结果表明,天然饱水-失水过程对库岸不同高程土体的化学组成和物理结构影响显著,其中172 m高程比168 m高程处受饱水-失水过程的影响较大。饱水-失水作用后,土体中SiO2、Al2O3、Na2O成分的含量上升,CaO、烧失量含量下降,土体的结构由致密的斑块状结构逐渐变成散乱的絮凝状结构,对库岸土体的力学效应产生了巨大的影响。     

饱水过程中松散土体渗透性变化研究

针对三峡库区广泛存在的紫红色岩(土)的工程地质特征,考虑库区水位的变化,以黄腊石滑坡群的石榴树包滑坡表层原状松散土体为研究对象,设计一定流速条件下的饱水试验,探索在流动的水溶液饱和条件下紫红色松散土体渗透性随时间的变化规律,并分析变化原因。研究发现:饱水过程中,紫红色松散土体的渗透性有很强的时间效应,随着饱水时间的积累,渗透系数呈现显著的线性增大后减小并最终趋于稳定的规律。对比饱水前后土样微观结构以及化学成分分析结果,发现水流对松散土体颗粒的物理运移以及水对土体的化学溶蚀作用、水土之间的离子交换吸附作用影响土体的结构,从而影响了紫红色土体的渗透性。     

流速及介质粒径对As(Ⅲ)迁移影响的实验研究

为了解潜流带中地下水流速和介质颗粒对As（Ⅲ）迁移的影响,选用天然河砂为介质,配制地下水含As（Ⅲ）模拟液,开展室内批实验和动态柱实验并进行表征分析,探讨流速和介质粒径对As（Ⅲ）迁移的影响及机制.结果发现：（1）粒径越小的河砂与As（Ⅲ）相互作用平衡时间越长,As（Ⅲ）的单位吸附量（Qe）随着河砂粒径的增大而减小（0.15～0.18 mm的粒径河砂除外）,单层最大吸附量（Qm）随着粒径的增大呈减小趋势;（2）As（Ⅲ）在河砂上的迁移行为表现出明显的粒径和流速效应;一方面,河砂粒径越小,比表面积越大,增加了水-砂相互作用时间和限制了地下水冲洗速度,不利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移;另一方面,流速越大导致空隙通道内的水力剪切力增强,紊流强度的提高减小了滞留边界层厚度,利于As（Ⅲ）在河砂中的迁移.     

Gas BenchⅡ-IRMS测定地下水中溴同位素新技术

建立了利用GasBenchⅡ联用同位素比值质谱仪（GasBench Ⅱ-IRMS）用于测定地下水中溴稳定同位素的方法。基于溴比氯更容易被重铬酸钾氧化的性质,将Br-氧化成Br2,而氯残留在原溶液中,从而把溴与氯分离开;再利用AgNO3将溴以AgBr的形式沉淀下来,然后将AgBr转化成CH。Br进行溴稳定同位素质谱测定。反应中,CHsI用量为20μL,AgBr用量为0．5mg。本测试流程需溴4～10mg,质谱测试时问由1．5h缩短为800s,测试精度优于±0．1‰（2σ）。该方法可以用于地下水中溴同位素测定,在水文地质研究中具有广阔的应用前景。     

水动力因素对砷在河砂中迁移影响的柱试验与模拟

河岸带作为一种典型的地下水-地表水相互作用带,不同水动力学条件下砷在该作用带中的行为较少有研究报道。基于此,采集河岸带河砂开展室内柱试验,分析不同水动力因素（包括流速和粒径）对砷在河砂中迁移的影响并建立相关模型。结果表明:(1) 0.5 mL/min流速下,河砂对As(V)的吸附速度和达到平衡所需的时间均比As(III)快,且粒径越小,该现象越明显;1.0 mL/min流速下,不同粒径的河砂对As(V)的吸附速度随粒径的增大而增大,对As(III)的吸附则没有明显差异;(2) 相同粒径的填充柱中,河砂对As(III)和As(V)的吸附能力均随流速的增加而降低;(3)不同流速和粒径条件下,As(III)和As(V)在砂柱中的迁移过程均更符合Thomas模型,拟合R2高于相同条件下Yoon-Nelson和Adams-Bohart模型。其中,低流速下,Thomas模型对0.15～0.25 mm粒径中As(III)和As(V)迁移过程拟合的R2（≥0.94）显著优于1.00～2.00 mm的较大粒径;高流速下,该模型对不同粒径中砷迁移过程的拟合R2差异不大。研究有助于加深对地下水-地表水相互作用下水动力因素对砷迁移转化规律影响的认识,并丰富和完善高砷地下水形成的机制理论。     

Gas Bench Ⅱ-IRMS测定地下水中溴同位素新技术

建立了利用Gas BenchⅡ联用同位素比值质谱仪(Gas BenchⅡ-IRMS)用于测定地下水中溴稳定同位素的方法.基于溴比氯更容易被重铬酸钾氧化的性质,将Br-氧化成Br2,而氯残留在原溶液中,从而把溴与氯分离开;再利用AgNO3将溴以AgBr的形式沉淀下来,然后将AgBr转化成CH3Br进行溴稳定同位素质谱测定.反应中,CH3I用量为20 μL,AgBr用量为0.5 mg.本测试流程需溴4～10 mg,质谱测试时间由1.5h缩短为800 s,测试精度优于±0.1‰(2σ).该方法可以用于地下水中溴同位素测定,在水文地质研究中具有广阔的应用前景.