热处理褐铁矿去除水中的Mn2+

本文利用褐铁矿中针铁矿经热脱水相变获得以纳米晶赤铁矿为主要物相的纳米-微米多级孔结构材料,并用于模拟净化富Mn~(2+)地下水。同时考察了热处理温度、初始pH值、初始Mn~(2+)浓度、吸附反应时间等对材料去除溶液中Mn~(2+)的影响。XRD、TEM、BET表征结果表明,300℃热处理产物中赤铁矿孔径最小为2.7 nm,比表面积最大达到107.4 m~2/g。吸附实验结果表明,在pH值5~10的范围内,p H值对煅烧褐铁矿颗粒对Mn~(2+)去除效果影响较小;材料在贫氧条件下对水中低浓度Mn~(2+)的最大吸附量为6.45 mg/g;吸附动力学符合准二级动力学模型;褐铁矿热处理形成的纳米晶赤铁矿对Mn~(2+)具有吸附和催化氧化作用,其中的杂质锰氧化物对Mn~(2+)的吸附和催化氧化具有增强作用。     

氢化物发生-原子荧光光谱法测定水中的砷

采用氢化物发生-原子荧光光谱法,对地下水、地表水、饮用水以及生活污水中的砷含量进行测定,对氢化物发生条件、载流酸类型、酸的浓度、还原掩蔽剂浓度等影响因素进行详细探讨,选出优化的测定条件:以5％的盐酸为载流酸性介质,以20 g·L-1的硼氢化钠(溶解于2 g·L-1的氢氧化钠稳定剂中)为还原剂,以50 g·L-1硫脲-抗...     

褐铁矿和白云石对垃圾渗滤液厌氧消化增强作用的初步研究

垃圾渗滤液治理一直是城市生活垃圾卫生填埋场的难题。能否利用矿物-微生物交互作用提高垃圾渗滤液有机污染物厌氧转化的效率是值得研究的问题。本文设置4组厌氧生物反应器(分别为只添加褐铁矿或者白云石、同时添加褐铁矿和白云石以及不添加矿物的空白组),考察添加褐铁矿、白云石对垃圾渗滤液厌氧消化的影响。实验结果表明,厌氧生化反应12 d时,添加了褐铁矿和白云石的反应器中COD去除率均达到80%以上,而空白对照组COD去除率仅为50%;4组反应器中溶液pH值变化表明,矿物的存在提高了溶液的pH值0.5左右;4组反应器中氨氮含量变化不大,也没有表现出明显差异。研究认为褐铁矿或白云石矿物在垃圾渗滤液中有机物的厌氧消化过程中起到了重要促进作用。研究结果为提高垃圾渗滤液厌氧处理效率提供了一个可供参考的方法。     

地下水系统中砷活化的钼同位素地球化学指示

砷在天然环境中的迁移富集与氧化还原状态密切相关.盆地环境地下水中砷的活化迁移机制主要为沉积物中铁/锰氢氧化物由氧化还原条件变化导致发生还原性溶解进而释放吸附在其表面的砷.钼及钼同位素为氧化还原环境的重要指示参数, 且铁/锰氢氧化物对钼同位素分馏有着重要的控制作用.将地下水的钼同位素应用于砷的活化迁移规律研究.大同盆地地下水中钼同位素比值(δ98Mo)范围为-0.12‰~+2.17‰, 相比于淡水中钼同位素组成偏重.桑干河河水的δ98Mo为+0.72‰, 与文献报道的河水平均钼同位素比值+0.7‰相当.大同盆地地下水中δ98Mo与硫化物之间存在正相关关系, 表明Mo-Fe-S复合物可能形成于特定条件下, 并优先利用水溶液中轻的钼使地下水中δ98Mo比值升高.砷浓度与钼浓度之间的微弱负相关以及砷浓度与钼同位素之间的正相关说明, Mo-Fe-S的形成过程可能与同环境中As-Fe-S的复合物的形成存在竞争关系, 进而使得地下水中砷富集.地下水中相对偏高的δ98Mo可能来源于铁的氢氧化物对溶液中轻的钼的吸附速率高于先前吸附在铁的氢氧化物的钼的释放, 且铁的氢氧化物对水溶液中钼的再吸附这一循环过程会导致地下水中钼浓度降低及钼同位素比值的升高.钼同位素指示的循环性的铁的氢氧化物的还原溶解及再氧化过程对砷的富集也有重要影响.      

地下水系统中砷活化的钼同位素地球化学指示

砷在天然环境中的迁移富集与氧化还原状态密切相关.盆地环境地下水中砷的活化迁移机制主要为沉积物中铁/锰氢氧化物由氧化还原条件变化导致发生还原性溶解进而释放吸附在其表面的砷.钼及钼同位素为氧化还原环境的重要指示参数,且铁/锰氢氧化物对钼同位素分馏有着重要的控制作用.将地下水的钼同位素应用于砷的活化迁移规律研究.大同盆地地下水中钼同位素比值(δ98 Mo)范围为-0.12‰~+2.17‰,相比于淡水中钼同位素组成偏重.桑干河河水的δ98 Mo为+0.72‰,与文献报道的河水平均钼同位素比值+0.7‰相当.大同盆地地下水中δ98 Mo与硫化物之间存在正相关关系,表明MoFe-S复合物可能形成于特定条件下,并优先利用水溶液中轻的钼使地下水中δ98 Mo比值升高.砷浓度与钼浓度之间的微弱负相关以及砷浓度与钼同位素之间的正相关说明,Mo-Fe-S的形成过程可能与同环境中As-Fe-S的复合物的形成存在竞争关系,进而使得地下水中砷富集.地下水中相对偏高的δ98 Mo可能来源于铁的氢氧化物对溶液中轻的钼的吸附速率高于先前吸附在铁的氢氧化物的钼的释放,且铁的氢氧化物对水溶液中钼的再吸附这一循环过程会导致地下水中钼浓度降低及钼同位素比值的升高.钼同位素指示的循环性的铁的氢氧化物的还原溶解及再氧化过程对砷的富集也有重要影响.     

氧化还原条件对土壤砷(Ⅴ)稳定化作用的影响

探讨了不同氧化还原条件下土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化作用。研究结果表明不同氧化还原条件下外源水溶性砷(Ⅴ)进入土壤体系后,各种形态砷随培养时间增加的变化规律总体上表现较为一致。培养180天之后,水溶态和交换态砷在微孔扩散等作用下随培养时间分别下降至2.4%~4.7%和2.8%~3.2%。碳酸盐态砷主要受控于p H以及相应的表面沉淀作用。有机态砷存在再分配现象,最高值达48.8%~50.1%,有机态砷下降的同时,伴随氧化物态和残渣态砷的上升。越趋向氧化环境会使得土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越高,反之,越趋向还原环境土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越低。各种氧化还原条件下,土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化过程均具有明显的阶段性特征,缺氧和过渡条件下表现为3阶段特征,而好氧条件下表现为4阶段特征。     

含水层中砷活化迁移的水化学与DOM三维荧光证据

为了认识高砷地下水中砷活化迁移的生物地球化学机制,对江汉平原地下水氧化还原敏感元素的水化学特征及溶解性有机物(DOM)三维荧光信息进行了研究.水化学研究显示,地下水中的砷与铁的还原和有机质的氧化分解过程有密切关系.水样DOM的三维荧光分析表明,地下水中存在微生物介导下氧化还原过程的反应性有机物组分,其中醌类腐殖质与铁、硫酸盐等的还原反应过程联系紧密.还原、氧化醌类及易降解DOM组分与还原产物、砷的关系进一步显示,砷的活化与微生物介导下的铁氧化物的还原过程联系在一起.在这一过程中,易降解有机物充当电子供体的角色并被消耗,而还原醌与氧化醌则很可能扮演了电子飞行过程中的电子飞行物,"催化"了砷活化的氧化还原过程.      

改性磁铁矿对水体中砷的吸附特性研究

经过酸化改性后的天然磁铁矿,由于比表面积和内部结构发生变化,从而表现出很好的除砷性能,进一步研究其对水体中砷的吸附特征,为实际工程应用提供数据是十分必要的。本文对经0.5 mol/L盐酸浸泡、150℃温度下灼烧10 min的改性磁铁矿吸附砷的特征进行了表征,绘制吸附速率曲线图。吸附影响因素实验结果显示:当初始pH为6~9时,吸附性能强;Cl~-、Ca~(2+)、Mg~(2+)、HCO_3~-、CO_3~(2-)离子与As(Ⅲ)、As(Ⅴ)不会产生竞争吸附,PO_4~(3-)、NO_3~-、SO_4~(2-)离子与As(Ⅲ)产生竞争性吸附,且PO_4~(3-)SO_4~(2-)NO_3~-;PO_4~(3-)、NO_3~-离子与As(Ⅴ)产生竞争性吸附。结合X射线衍射、扫描电镜等研究结果,初步探讨了改性磁铁矿的除砷机理,认为改性后的磁铁矿比表面积明显增大,表面生成物含有Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)是其吸附砷能力提高的主要原因。实验结果证实,改性天然磁铁矿是一种值得进一步研究并实际应用的水体除砷材料。     

氧化锰、氧化铁、氧化铝对砷(Ⅲ)的吸附行为研究

合成了氧化锰、氧化铁、氧化铝三种矿物,以氧化铁、氧化锰为吸附剂研究了pH值、离子强度和时间等因素对吸附As(Ⅲ)的影响,并讨论了氧化锰、氧化铁、氧化铝三种矿物对As(Ⅲ)的饱和吸附容量及等温吸附实验。pH值对氧化锰吸附As(Ⅲ)几乎不影响,对氧化铁吸附As(Ⅲ)在很大的范围内(pH为3.5~8.5)影响不大,离子强度对二者吸附As(Ⅲ)的影响不大,吸附反应在0.5 h左右达到吸附平衡。在优化吸附条件下氧化锰、氧化铁、氧化铝对As(Ⅲ)的饱和吸附容量分别为48.38 mg/g、23.70 mg/g、3.52mg/g,三种合成矿物对As(Ⅲ)的饱和吸附容量:氧化锰氧化铁氧化铝。对实验数据进行Freundlich和Langmuir拟合,相关系数R均在0.98以上,吸附动力学符合Lagergren二级速率方程。     

机械研磨作用对磁铁矿低温氧化及磁化率的影响

磁铁矿是岩石、土壤和沉积物中少量而又普遍存在的副矿物,是环境磁记录的主要载体.磁铁矿在表生地质过程中受到机械、生物和化学风化作用使其结构、粒径、氧化程度、磁学性质发生一系列变化,这些变化对环境磁学以及表生地质过程的研究具有重要意义.从矿物学角度研究了磁铁矿粒径、相转变、氧化程度和磁化率随着研磨时间的变化规律.结果表明,平均粒径为4 μm的磁铁矿在研磨1 h后粒径变化趋于稳定,但随着研磨时间的增加,磁化率逐步降低而氧化率逐渐增加.通过对研磨后样品进行XRD分析表明,随着研磨时间的增加,磁铁矿衍射峰强度明显减弱,衍射峰宽化,赤铁矿的衍射峰强度逐渐增强.由此可见,原生磁铁矿(对沉积物而言属于碎屑磁铁矿)低温氧化产物是赤铁矿而不是磁赤铁矿.在表生地质演化过程中颗粒的机械碰撞不仅使磁铁矿颗粒变细,而且可能影响到磁铁矿常温氧化、磁学性质和晶体结构.     

溶解氧对零价铁去除水中六价铬的影响

六价铬Cr(Ⅵ)有巨毒性,对人类及生态环境有极大危害,运用纳米零价铁(nZVI)去除水中六价铬是一种快速高效的环境修复手段。前人的研究更多报道了pH值、温度、初始浓度等因素的影响,溶解氧(DO)的存在对于nZVI去除水体中Cr(Ⅵ)的作用却少有研究。在对比普通铁粉和纳米铁对六价铬去除的基础上,着重探讨了溶解氧(DO)对水中六价铬去除效果的影响及作用机制。批实验短期结果表明:由于纳米铁有较大的比表面积和更高的反应活性,导致nZVI的除Cr(Ⅵ)效率明显高于普通铁粉;溶解氧的存在促进了nZVI对Cr(Ⅵ)的去除,这是因为氧化作用产生较多的Fe2+,有利于Cr(Ⅵ)的去除,随着nZVI进一步氧化,产生的针铁矿、磁铁矿等铁氧化物能够进一步吸附Cr(Ⅵ),使得在有氧环境下Cr(Ⅵ)的去除效果好于无氧环境。     

氧化还原条件对地下水中砷释放迁移的影响——以通榆县高砷地下水为例

研究区位于吉林西部通榆县,松嫩平原的西南部,总面积8468km2。采集地下水样品87件,其中第四系浅层潜水井29件、第四系承压水井和新近系承压水井水样58件。在现场测定、实验室分析的基础上,研究了氧化还原条件对地下水中砷释放和迁移的影响。结果表明在空间上,从向海水库到四井子乡,水中的砷浓度逐渐增高,浅层地下水中的高砷点集中在四井子乡,深层高砷地下水分布在中部,霍林河两岸的冲湖积平原内。以我国标准0.05mg/L 为限值,砷超标率达61%,以世界卫生组织（WHO）标准0.01mg/L 为限值,有86% 的地下水样超标。总体上,高砷地下水主要存在于还原环境中,地下水中溶解铁以Fe（Ⅱ）为主,As（Ⅲ）占总As的60% 以上,NO3-含量较低,而NH4+浓度较高。还原环境是控制地下水系统中砷释放的关键因素。利用PHREEQC的模拟计算表明,地下水中不同氧化还原电对（Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）、N（-Ⅲ）/N（Ⅲ）、N（-Ⅲ）/N（Ⅴ）、N（Ⅲ）/N（Ⅴ）、S（-Ⅱ）/S（Ⅵ）和As（Ⅲ）/As（Ⅴ））计算得到的电子活度（pE值）存在很大差异,其中,Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）计算得到的pE值与现场实测Eh值换算得到的pE值较为接近。表明,Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）是研究区地下水的决定电位体系,其氧化还原状态主要受Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）的氧化还原控制。Fe氧化物/氢氧化物的还原性溶解,使吸附在其表面的As释放到地下水中,是高砷地下水的形成的主要原因;而人类农业活动促进了浅层地下水中As的运移和富集。     

氧化还原动态变化对沉积物砷和氟释放的影响:以河北白洋淀平原为例

季风性波动引起的降雨、径流和排泄过程会引发浅层地下水系统周期性氧化还原动态变化,从而对地下水系统中有害组分的迁移转化产生影响。为探讨氧化还原动态过程对沉积物中砷(As)和氟(F)释放的影响,本研究选择河北白洋淀地区沉积物样品,利用发酵罐作为反应器,建立氧化还原动态实验体系,并监测动态变化过程中实验体系各组分含量的变化。结果表明,碱性和还原环境均有利于地下水中As、F的富集。还原阶段较高的pH条件有利于溶液中F^-的解吸,且体系中有机物降解会产生大量HC0₃^-和C0₃^2-,与F^-发生竞争吸附而有利于F^-的富集。对于溶液中As的富集,一方面是由于还原条件下体系中的As以As(III)为主,受沉积物的吸附作用较弱,从而有利于As被释放到溶液中;另一方面是因为还原阶段较高的pH也会使反应体系中As和沉积物间的吸附作用被减弱,造成As的解吸附。由于实验所用沉积物砷含量较低,不同S0₄^2-浓度条件对氧化还原动态过程中As、F迁移的影响不明显。总之,氧化还原动态变化过程会强烈影响地下水系统中砷、氟的富集。     

二氧化锰改性粉煤灰制备及其对地下水中砷的吸附特性

高砷地下水在我国广泛分布,开发绿色高效的除砷材料对于促进地区发展和保障居民饮用水安全具有重要意义.采用共沉淀法结合NaOH水热处理技术制备了二氧化锰改性粉煤灰吸附材料MFA150,并研究其对地下水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附特性.结果表明,NaOH水热处理破坏了原始粉煤灰的玻璃体结构,且在这一过程中生成沸石相,粉煤灰比表面积由1.30 m²/g增加至40.26 m²/g.在负载MnO₂后,MFA150比表面积达到148.82 m²/g.此外,吸附材料表面-OH的含量显著增加,为As(Ⅲ)和As(Ⅴ)提供了更多的吸附活性位点.MFA150对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附过程符合Elovich模型和Freundlich模型.在中性条件下MFA150对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附量分别达到2.55 mg/g和9.71 mg/g,酸性条件更有利于吸附.溶液中共存的HCO₃^-和PO₄^3-会抑制As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附,...     

共存重金属离子对针铁矿活化过硫酸盐去除水中磺胺吡啶的影响

基于硫酸根自由基的高级氧化技术能有效降解水中磺胺类药物残留。由于在自然环境中共存重金属会对环境修复效果产生一定影响,文中重点研究了不同pH环境条件下不同重金属离子对针铁矿活化过硫酸盐(PS)去除水中磺胺吡啶(SPY)的影响。不同类型重金属离子(Cu^2+、Pb^2+、Cd^2+,0.2mmol/L)在反应体系(初始条件:针铁矿,1.0g/L;PS,4mmol/L;SPY,10mg/L;pH=8.2)中对SPY的降解对比研究发现:在无重金属共存的条件下,针铁矿/PS体系降解SPY的去除率为25.2%;Pb^2+和Cd^2+对针铁矿/PS体系的影响较弱,去除率分别为30.8%和34.8%;Cu^2+的促进作用很大,可以使SPY被完全降解(100%)。机理分析认为,在针铁矿/PS体系中Pb^2+和Cd^2+主要通过影响吸附作用导致磺胺吡啶被去除,而Cu^2+主要通过自身活化PS的作用。不同pH条件(3.0,8.0,12.0)实验证实弱碱性条件下,Cu^2+/针铁矿/PS能够发挥较高的活性从而降解SPY。本文结果为采用针铁矿活化过硫酸盐技术修复类似复合污染地下水环境提供了实验依据。     

菲律宾地热场中矿物和地球化学条件对砷迁移的制约

砷总是与硫化物共同形成于地热环境中。然而,在地表氧化条件下硫化物与雨水接触后易溶解。在地热环境中硫化物溶解后的二次沉淀物对砷的迁移有着重大的影响。溶解的砷酸盐易被铁的氢氧化物固定,且铁的氢氧化物在大多数的地表氧化条件下都可以稳定存在。地热流体中无定形SiO_2的迅速沉淀和高岭石化可以固定大量的砷。这些硅酸盐可以稳定的存在于较宽泛的pH和氧化还原条件下。菲律宾地热场中矿物和地球化学条件对砷迁移的制约@Chelo PASCUA$Graduate School of Natural Scienceand Technology,Kanazawa University,Ishikawa,Japan …     

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(...     

pH值对HPLC-ICP-MS测定水体中不同形态砷化合物的影响

在高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)测定不同形态砷化合物的检测技术中,流动相的pH值是一个关键影响因素。以往较多的研究仅关注了pH值对分离度的影响,通过比较分离度的优劣选择一个适用的pH值。本文采用HPLC-ICP-MS技术测定不同形态的砷化合物,以30mmol/L碳酸氢铵溶液作为流动相,研究了当流动相pH值在6.0～9.7范围内变化时,对砷形态化合物保留时间和峰强度产生的影响,从砷化合物的分离度、灵敏度和分析成本三个方面确定合理的分析方案。结果表明:pH值在6.0～7.5和9.5～9.7范围内, As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)四种形态的砷化合物的色谱峰分离效果较好;pH值在8.0～9.0范围时,随着pH值的增加,As(Ⅲ)和DMA出峰顺序发生了交换;pH为弱酸性时,砷化合物的灵敏度均较高;pH为偏碱性时,分析周期变短,适用于快速分析。碱性条件下,部分砷化合物与色谱柱结合能力更强,被保留在色谱柱内,使得色谱柱的寿命可能缩短。研究认为:偏酸性的流动相条件,适用于超低浓度(如≤10μg/L)的样品分析;偏碱性的流动相条件,具有明显的时间成本和运行成本优势,但要对色谱柱定期维护。     

剪切作用对页岩有机质孔发育特征和吸附能力的影响

有机质孔是高成熟页岩储层中吸附气和游离气赋存的主要储集空间类型。中国南方海相页岩地层经历了多期构造改造,滑脱构造广泛发育。为了认识剪切作用对页岩有机质孔微观结构和吸附能力的影响,以张家界三岔地区下寒武统牛蹄塘组页岩为例,通过大量扫描电镜图像观测统计,对比分析了滑脱带页岩、邻近滑脱带页岩和远离滑脱带页岩有机质孔的发育特征,同时对这三类样品进行了甲烷等温吸附测试。研究结果表明,有机质内孔发育在有机质内部,孔径一般＜20 nm;位于有机质与矿物接触边缘的复合孔孔径整体大于有机质内孔,主要发育在滑脱带页岩中包裹有矿物碎片的有机质中。受剪切作用影响,这两类有机质孔均沿一定优势方向发生形变,形态更趋于狭长且定向性增强;同时页岩甲烷吸附能力变差,从滑脱带向远离滑脱带方向这种影响逐渐减弱。剪切作用对页岩储集性能和含气性具有重要控制作用,对认识复杂构造区页岩气保存条件和富集规律具有重要意义。      

排-留烃过程对富有机质页岩纳米孔隙发育影响的热模拟实验研究北大核心CSCD

为研究生-排烃过程对页岩纳米孔隙演化的影响,选择低成熟且生烃潜力差异显著的茂名油页岩和大隆组硅质页岩为研究对象,经低温热模拟和索氏抽提增加了页岩在生油高峰期的排烃效率后,通过高温热模拟实验,使具有不同残留烃含量的样品演化到过成熟阶段。通过热模拟产物的地球化学分析和孔隙测量,获得了不同残留烃含量的页岩有机质与孔隙发育的热演化规律。结果表明,在高成熟阶段,富I型有机质的黏土质茂名油页岩的残留烃大量转化为固体沥青,促进了中孔、大孔的发育,对微孔的发育影响较小;具Ⅱ型有机质的大隆组硅质页岩,高成熟阶段残留于页岩中的极性有机组分与干酪根生成新的固体有机质,其纳米孔隙发育较差,导致残留烃对中孔和大孔的发育影响不明显。