矿物微孔对有机污染物吸附的机理和影响因素

有机污染物对地表和地下水环境的污染是当前环境保护领域的重要问题之一。矿物的微孔结构(2.0nm)对有机污染物在地下水环境中的长期迁移与归宿以及吸附处理污染水体方面具有重要的意义和应用价值。本文在介绍矿物微孔吸附机理的基础上,探讨了矿物孔道的表面化学性质,有机污染物本身的物理化学性质,以及水环境中的共存溶解性有机质和金属离子对有机污染物在矿物微孔中吸附的影响。     

细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法的优化

土壤微生物与矿物的吸附作用在矿物风化过程中具有重要的意义。为了优化细菌在矿物表面吸附量的测定方法,本文以胶质芽孢杆菌和蒙脱石、伊利石、高岭石为实验材料,对吸附在矿物表面的细菌数量的测定方法进行了研究。结果表明,利用茚三酮作为显色剂测定细菌蛋白质含量的方法可以获得可靠的细菌数量;以2000rpm转数离心10min可以有效地将矿物-细菌复合体与游离态细菌、矿物分开;3种矿物对胶质芽孢杆菌的吸附能力大小顺序为:蒙脱石伊利石高岭石;矿物的比表面积、沉淀速率和表面所带电荷数量以及细菌细胞活性是影响吸附量的主要因素;黏土矿物与细菌之间的吸附作用力主要来自阳离子桥。     

多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)吸附Cu2+的实验研究

细菌表面往往存在多种化学基团,能够通过吸附作用影响环境流体中金属元素的活动性,从而与表生条件下的元素富集、矿物成核结晶等地球化学过程密不可分。为了深入认识细菌吸附作用的地球化学意义和环境效应,揭示细菌吸附金属离子的热力学行为,选择了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)为研究细菌,系统开展了滴定实验和Cu2 吸附实验。通过连续酸滴定方法分析了细菌表面的化学特征,发现多粘芽孢杆菌在pH值为7.54~6.50范围内,表面带负电荷,表现出质子吸附行为;设计开展了Cu2 吸附实验,发现溶液的pH值对Cu2 吸附有一定影响,可能存在Cu2 与细菌表面质子的交换作用;根据Cu2 吸附等温线拟合计算,发现吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附模型,根据Langmuir模型计算得到每个细胞的Cu2 饱和吸附量高达1.69×10-7mg。     

土壤矿物对金属离子的临界吸附量

本文从矿物表面羟基与溶液中金属离子反应的化学平衡方程出发,得到金属离子在矿物表面单基配位和双基配位吸附的覆盖度计算公式,并据此探讨了覆盖度的影响因素和变化规律,指出覆盖度随pH变化曲线拐点的实际意义。假设土壤和地表水达到平衡,参比水质标准,提出了矿物吸附金属离子的临界覆盖度公式,并初步探讨了石英吸附Cd2 的临界覆盖度-pH曲线,进而推导出土壤矿物对金属离子的临界吸附量公式。     

高岭石和硅／铝-氧化物对腐殖酸的吸附实验研究

矿物结合的腐殖质可改变矿物的表面性质,矿物对腐殖酸的吸附强度与矿物的吸附位性质、密度、荷电性及比表面积有关.若按比表面积计算,矿物对腐殖酸的吸附强度顺序为氢氧化铝>高岭石>石英;按单位质量计算,吸附强度顺序为高岭石>氢氧化铝>石英.研究表明,矿物表面活性受水溶液pH值的调控,且当pH值在4～7时,上述3种矿物对腐殖酸的吸附机理为石英主要表现为氢键作用;氢氧化铝主要表现为配体交换表面配位作用;高岭石表现为多种形式并存,包括氢键、配体交换表面配位和疏水性作用以及金属离子桥键作用.     

土壤和水体环境中矿物-腐殖质交互作用的研究进展

矿物-腐殖质间的交互作用是土壤和水体沉积物及悬浮颗粒物中环境物质的重要界面过程。不管是氮、磷植物性营养元素还是有毒的重金属、有机物，它们在表生环境中的迁移转化与归趋受到矿物、腐殖质及其复合体的表面活性和迁移性的调控。矿物-腐殖质体系的界面作用研究是前沿性的研究领域，主要目的是揭示矿物-腐殖质复合体的结构特性(例如颗粒物的圈层结构与表面微形貌)及其与颗粒物表面活性的关系，进而揭示土壤和水体环境中矿物-腐殖质间的交互作用规律。本文对该领域的研究现状进行评述，并提出未来可能的发展趋势。     

国内矿物治理重金属废水研究进展与展望

综述了我国利用天然矿物治理重金属废水方面的研究新成果。天然铁的硫化物、天然铁锰的氧化物、方解石与磷灰石等具有良好的表面吸附与氧化还原化学活性;不同介质中它们能不同程度地表现出对Cr^6 、Pb^2 、Hg^2 、Cd^2 等重金属离子的吸附作用,可广泛用于重金属废水处理。矿物吸附重金属离子机理的研究表明,矿物对重金属的吸附是矿物表面与无机重金属离子之间的表面作用过程,包括矿物表面功能基与重金属离子的配位反应、矿物表面氧化还原反应和沉淀转化作用,以及矿物表面离子交换吸附作用等。     

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.     

东胜煤系砂岩型高岭土的富集机理

通过对东胜含煤地层成煤期沉积环境、古介质等的分析,并用有机吸附实验对高岭石与有机质的吸附关系进行了实验,探讨了东胜砂岩型高岭土的富集机理。结果表明,高岭石在河流环境中的富集成矿与水介质中大量有机质的存在有关,植物分解产生的腐殖质具有很强的吸附性,在pH值>5.5和适量的多价阳离子存在的条件下,介质水中的腐殖质可通过多价阳离子与高岭石和石英相互牢固吸附,形成高岭石-有机质-石英复合体,从而使高岭石能够与石英一起搬运、沉积;某些具有一定疏水性的有机质与矿物的吸附,改变了矿物颗粒表面的亲水性,促进了高岭石的沉积富集。      

红壤中矿物表面对腐殖质吸附萘的影响

矿物表面可改变土壤腐殖质对疏水性有机污染物的结合能力。采用红壤和高岭石分别与胡敏酸结合制备得到的两种复合体对萘的吸附等温线非线性显著,其n=0.76或0.74,并且有机碳归一化吸附分配系数的实验值Koacds是采用Kow计算得出的理论值Koc的5倍以上,表明红壤、高岭石均对腐殖质吸附萘有强化作用,且红壤较之高岭石对腐殖质吸附萘的影响稍强些。主要原因是,红壤中除了高岭石外,还有与腐殖质结合力很强的铁氧化物,而且很可能是吸附态腐殖质组成结构形态发生了有利于对萘吸附的改变。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

黄土路基沉降曲线特征分析

在分析郑西客运专线试验段路基沉降实测资料的基础上,提出沉降变形常规预测方法受观测时间及单次观测结果的影响比较大,不利于用来预测最终沉降。通过分析现场沉降变形与时间关系曲线,提出路基沉降的发展主要受固结的影响,其发展是一个从沉降增加到趋缓的过程,可以明显分为固结变形及流变变形,并用非饱和土等效固结理论加以解释,提出了一种利用s- 曲线特征预测最终沉降量的方法,经检验对比发现其预测结果受观测时间及单次观测结果的影响比较小,优于其它常规预测方法     

沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响的数值仿真分析

结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,分析了各种荷载施加方法的特点及爆破震动场模拟的要求,基于圣维南荷载等效原理,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔中心线或者面上来模拟爆破荷载的作用。结果表明,等效施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好。利用该等效荷载施加方法,采用三维实体模型计算分析了某沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响,计算了周围不同位置、不同深度位置处的振动响应,并在此基础上,分析研究了减小爆破振动对既有结构物影响的减振措施,可为类似工程提供借鉴。     

Structure of sediments of kaolinite

In an assembly of clay particles placed in a fluid, each particle is typically subjected to: (1) double-layer repulsive forces; (2) van der Waals attractive forces; and (3) contact mechanical forces. The study presented here concerns an approximate, quantitative analysis of clay suspensions, with considerations to the first two - the physico-chemical forces. Using recent theories to calculate the physico-chemical forces between two clay particles in an approximate model of an assembly, the equilibrium void ratio of a clay suspension is computed. The mechanical forces are ignored in the analysis. The results serve to verify the validity of physico-chemical theories employed and help interpret experimental data more fundamentally in terms of the system variables.     

不同形式诱导缝的等效强度承载性能的数值分析

将考虑尺寸效应规律的混凝土等效断裂模型应用到不同形式诱导缝等效强度公式中,得到了修正后的不同形式诱导缝的等效强度公式。同时,得到了诱导缝等效强度的变化曲线,并比较了单双向间隔诱导缝的优劣,得到双向间隔诱导缝优于单向间隔诱导缝的结论,为高拱坝中诱导缝的设计提出了建议。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

土的可恢复剪胀的一种解释

从土的各向异怀角度对土的可恢复剪胀现象进行了解释。基于各向异性情况下的土体弹性本构关系理论分析，认为土的可恢复剪胀现象可部分归因于土的各向异性引起的弹性剪胀。借助有关土体弹性参数实验结果，研究了应力诱导各迥异性对土体弹性剪胀的影响，结果表明：随土体应力诱导各向异性的增大，土体的弹性剪胀也增大。从土体弹性剪胀角度研究了土的卸荷体缩条件，认为土体卸荷体缩取决于加载应力路径的应力增量比，给出了土体出现卸荷体缩的区域。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。