天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展.具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件（pH,离子强度）及天然有机-矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望.     

动态光散射技术原位表征天然有机质存在下纳米零价铁的团聚效应

纳米零价铁原位修复地下水污染是近年发展起来的新技术,通过改性合成不同种类纳米零价铁可以克服其易团聚易氧化的问题,水体中存在的天然有机质也会对纳米铁的分散性和反应活性产生影响,因此开展原位测试并研究不同种类纳米铁在水中的团聚效应具有重要意义。本文对实验合成的纳米零价铁、羧甲基纤维素包覆纳米零价铁、膨润土负载纳米零价铁以及商用纳米零价铁,基于动态光散射技术(DLS),运用纳米粒度/Zeta电位分析仪,结合透射电子显微镜(TEM)和沉降光谱曲线等手段,对比研究了天然有机质(腐植酸HA)对纳米铁团聚效应的影响。结果表明,羧甲基纤维素包覆或膨润土负载改性提高了纳米零价铁颗粒的分散稳定性,有效抑制了团聚沉降,团聚体粒径分布在1000 nm以下。HA会吸附在纳米铁颗粒表面,从而增加静电排斥力,进一步减缓了团聚效应,尤其是对膨润土负载纳米零价铁的影响最为显著,其团聚体粒径能降至100 nm以下,沉降速率也极大减缓,分散稳定性表现最佳。本研究表明DLS结合TEM表征纳米颗粒是获得更加丰富的微观粒子信息的一种非常重要的手段。     

土壤溶解性有机质对植物吸收-输送-贮存重金属的影响研究现状与进展

土壤溶解性有机质对重金属生物地球化学循环中的生物可利用性起着重要作用。近年来,在土壤溶解性有机质对植物吸收、输送和贮存重金属过程的影响研究领域,国际上主要聚焦于以下三个探索方向: ①土壤溶解性有机质与重金属形成配位体,改变重金属在土壤中的迁移性和植物根际环境的作用机理研究; ②土壤溶解性有机质可突破植物细胞内重金属吸附点位的限制,通过控制植物细胞壁-重金属复合体的形态及重金属在细胞壁内外的吸收平衡,来干预重金属穿过细胞壁进入植物体的动力学过程研究;③土壤溶解性有机质-重金属的络合形态影响重金属在植物体内的输送和贮存作用过程与机理研究。本文基于研究溶解性有机质和重金属的植物过程中,水体溶解性有机质研究多而土壤溶解性有机质研究少的现状,针对溶解性有机质异质性的研究难点和溶解性有机质与植物亚细胞结构的配位特征的复杂性与局限性,从极性、官能团、配位结构等角度,分析并评述了土壤溶解性有机质和重金属生物地球化学中,植物吸收、输送和贮存重金属过程的研究现状和未来发展趋势。     

天然有机质和不同pH环境对纳米黑炭的迁移行为影响及作用机制

作为典型的黑炭,近年来生物炭的应用发展受到人们广泛关注。由于生物炭施加在土壤中,在表生地球化学长期作用下,会有部分逐渐破碎变小,直至微米、纳米级别,在土壤或水体中迁移,因此,对生物炭、特别是活性更强的纳米级生物炭的迁移性研究具有十分重要的意义,而关于纳米级生物炭的迁移性研究目前十分匮乏。通过石英砂柱中纳米生物炭的柱迁移实验,获得天然有机质和不同pH值(4、7、10)条件下的穿透曲线和空间滞留曲线,研究影响作用机制。结果表明：天然有机质(腐殖酸)能增强纳米生物炭的迁移性,中碱性pH环境也有助于其迁移。一方面纳米炭的分散性得到改善,另一方面腐殖酸和碱性环境有助于增加纳米炭和石英砂介质的颗粒表面负电荷,增大Zeta电位值(负值),从而使颗粒间静电排斥力增强,有助于纳米炭的迁移。研究结果对深入理解生物炭在自然界中地球化学迁移行为及其吸附污染物后的潜在迁移风险具有重要意义。     

地下水系统中镍污染和天然胶体共迁移特征

为了对地下水系统中天然胶体与Ni²⁺的共迁移特征进行研究,通过静态吸附实验和石英砂模拟含水层介质柱实验研究了土壤胶体对Ni²⁺在地下水中运移的影响,以及pH、离子强度（IS）、有机质等对土壤胶体吸附Ni²⁺的影响。结果表明：随着pH值升高,土壤胶体对Ni²⁺的吸附量增加;离子强度的增加会显著地降低土壤胶体吸附Ni²⁺的能力;腐殖酸（HA）的存在会增强胶体对Ni²⁺的吸附能力;在有胶体的情况下,Ni²⁺穿透砂柱的时间会缩短,吸附能力增强,吸附量增加,但当离子强度增加时,虽然Ni²⁺穿透砂柱的时间也被缩短,但是吸附量却降低。     

隐伏矿床上方纳米铜颗粒存在形式与成因

在铜镍矿床覆盖层土壤颗粒中和其下伏原生矿石中同时采集到金属纳米颗粒,颗粒在其粒径大小、形貌、连接和簇聚形式、微粒元素组合等性质上相似,表明两者为同成因物质,是内生成矿作用元素存在形式,土壤颗粒中金属纳米颗粒来自深部矿体。在金矿上方土壤颗粒中采集的纳米金属颗粒,与在铜镍矿床覆盖层土壤颗粒中采集观测到的微粒,在微粒性质可以对比,表明元素的纳米微粒是稳定形式,在其源区形成后可借助多种营力,穿越后期地质作用覆盖层,在近地表被土壤地球化学障捕获滞留,是深部矿化的有效传递物质。深穿透地球化学技术可从土壤中分离富集采集到此纳米微粒,并通过其微粒性质,追踪其源区性质。此研究结果在实用意义上,可为以土壤作为采样介质的深穿透地球化学勘查探测覆盖区隐伏矿方法提供理论依据。     

土壤中重金属元素Pb、Cd地球化学行为影响因素研究

通过研究湖南洞庭湖地区水稻土中Pb、Cd与土壤有机质、粘粒和pH值的关系,结果表明,(1)土壤中有机质含量与Cd、Pb有着显著的正相关性,土壤中有机质含量增加可明显降低Cd和Pb的离子态和可交换态含量。(2)随着粘粒含量增加,Pb和Cd离子可交换态占全量的比值略有增加,这说明粘粒表面吸附的Pb和Cd容易进入植物体中,对生态系统安全具有危害的组分。(3)Cd离子交换态与土壤pH值呈显著相关关系,土壤酸化使Cd的离子交换态比例上升,可直接导致农作物中Cd含量增加,防止土壤酸化是控制Cd对生态系统危害的有效途径;Pb的离子交换态与全量的比值与pH值具有显著的相关性,对于Pb污染严重的土壤,保持土壤pH值在弱酸性至弱碱性范围,防止土壤酸化和盐碱化,可以降低Pb危害。土壤有机质含量、pH值等是控制重金属元素地球化学行为的重要因素之一。     

天然丝光沸石表面重构改性及其在水中去除重金属的应用

天然丝光沸石作为一种绿色廉价多孔材料广泛应用于环境治理中去除重金属,目前报道的天然沸石对重金属的去除率多在60%～90%,提升其去除效率已成为研究热点。本文采用正硅酸乙酯对天然丝光沸石进行表面重构改性,通过TEM、XRD、BET等手段表征其形貌和结构。结果表明:正硅酸乙酯水解生成的SiO_2可与天然丝光沸石复合形成新颖的"SiO_2/丝光沸石",原沸石表面包覆了新生纳米SiO_2孔结构,同时没有损坏原始沸石的多孔结构,使改性沸石材料兼具了天然丝光沸石和纳米SiO_2孔结构优点,增强了对重金属离子的吸附能力。该改性材料对水中Pb~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)和Mn~(2+)的最高吸附率为99. 3%、97. 1%、98. 3%和97. 0%,且极少解吸,性能稳定。考虑经济成本并保证合适吸附率的情况下选择吸附效率最佳的投加量,得到改性材料对初始浓度10 mg/L的Pb~(2+)、Cd~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)溶液的最佳投加量分别为0. 5 g/L、2 g/L、2 g/L、5 g/L,可为中试和规模应用提供参考。较之焙烧、酸、碱、盐和有机改性,本改性方式对多种重金属均有高的吸附率,并显现出操作简便、成本低和环境友好等优势,具有较好应用前景。     

无机纳米颗粒在土壤中的环境效应与影响因素

纳米技术的快速发展以及纳米材料的广泛应用,使得以纳米颗粒形式存在的天然矿物及人工纳米颗粒归趋于土壤环境并在土壤中大量累积。其中无机纳米颗粒进入土壤生态系统后会改变土壤孔隙度及渗透系数,并可能与有机质等结合或相互作用从而影响土壤理化性质。无机纳米颗粒还可直接或间接作用于土壤动物及微生物,其中抑制效应为主,利用其尺寸效应和高反应性与微生物细胞以及信号转导小分子作用影响其生物活性或营养成分等,对微生物产生毒性或改变群落结构。同时,纳米颗粒特性、土壤理化参数(pH值、离子强度、含水量和矿物质、有机质含量等)及微生物群落等因素同样会影响无机纳米颗粒在土壤中的环境效应。本文系统阐述了无机纳米颗粒进入土壤生态系统后产生的环境效应,归纳无机纳米颗粒在土壤中生态效应的影响因素,并对纳米颗粒的生态效应研究提出了问题与展望。     

ICP-MS测定甘肃某农场大气颗粒物中的铬、铜、砷、镉、铅含量

空气滤膜吸附采集甘肃某农场大气粉尘样品,采用盐酸—硝酸—氢氟酸—高氯酸溶解,电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）同时测定溶液中铬、铜、砷、镉、铅等重金属元素含量,分析农田环境大气颗粒中的重金属元素对农作物的影响,同时验证不同仪器工作参数对测定结果的影响。实验表明：在选定的实验条件下,分析元素的检出限低,准确性和精密度...     

多离子体系中黄河沉积物对重金属的竞争吸附研究

以黄河包头段上游清洁河段的沉积物为吸附剂,以Pb2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 、Cd2 + 4种离子的混合溶液体系为吸附质,开展了重金属离子在黄河沉积物中的竞争吸附及其影响因素等实验研究。结果表明,混合溶液体系中不同离子间的吸附竞争有显著的拮抗或协同效应关系,4种重金属离子在黄河沉积物中竞争吸附的能力依序为Pb2 + ≥Cu2+>Zn2 + ≥Cd2 + 。     

根系土中重金属元素分布特征及在农作物中的迁移

以上海市金山区为对象,分析了农用地土壤重金属元素的形态分布特征,以及元素的有效态（水溶态、离子交换态）与全量、有机质、pH等的相关性;根据重金属元素在稻米、蔬菜等不同农作物中的含量,分析了其迁移及生物有效性。结果表明：不同元素的形态组成差异较大;Pb、Zn、Ni元素的有效态与环境因素（pH、有机质）关系密切;土壤中重金属元素Cd最为活跃且易发生迁移,在多种农作物中有较为明显的富集;稻米中重金属元素的富集程度相对较小。研究成果可为土壤污染治理、种植结构调整、土地合理利用提供有益借鉴。     

贵州万山废弃矿区小流域系统沉积物及悬浮物重金属的空间分布特征

废弃矿山虽已不再开采,但废弃矿坑、旧冶炼场地、埋填的尾矿坝受雨水淋滤仍可通过地表径流对下游地区造成污染。研究废弃矿山水系沉积物及悬浮物中重金属的沿河道分布及相互关系具有重要的现实意义。本文以贵州万山汞矿区下溪河小流域系统作为研究区域,对沉积物及悬浮物中重金属元素进行初步调查,为监测和污染耕地进行修复提供基础资料。通过湿法消解的前处理方法,利用电感耦合等离子体质谱和原子荧光光谱法测定了沉积物及悬浮物样品中Cr、Ni、Cu、Cd、Pb、As、Hg、Zn、Co含量,查明污染现状及空间分布特征,以获取矿区污染物向下游迁移、扩散的信息。结果表明:沉积物中Hg含量范围为0.10～16.0μg/g(干重),平均值为5.79μg/g,是《国家土壤环境质量标准》二级土壤Hg限值的几十倍;Cd在部分站点超标;Ni、Cu、Co含量平均值均不超标;Hg和Cd的变异系数较大,显示空间分布不均的特征。沉积物中Hg为高潜在生态风险级别。研究区沉积物及悬浮物中的Hg浓度与河段的水动力条件有关,最大值出现在河道宽阔、水流平缓的站点。由于万山汞矿早已停止开采和冶炼,本研究提出,自然条件下废弃矿区的风化淋滤引起颗粒物输送是造成河流下游Hg和Cd污染的原因。     

金矿床中的有机质及其有机成矿作用

金矿床中的有机质及其有机成矿作用胡凯（南京大学地球科学系,南京２１００９３）关键词金矿床有机质有机成矿作用金矿床中有机质的存在及对有机成矿作用的认识早在本世纪初就引起了许多地球化学家的广泛兴趣。Ｆｒｅｉｓｅ［１］和Ｆｅｔｚｅｒ［２］利用从褐煤和富含有...     

厦门海域现代沉积环境与重金属环境地球化学特征

通过厦门海域表层沉积物重金属含量分析、粒度分析及对测试结果进行的聚类分析,我们对厦门海域现代沉积环境和重金属环境地球化学特征进行了探讨。结果表明,研究海域各海区间,同一海区不同站位间沉积环境存在较大差异。重金属在各站位含量主要取决于其相应的富集组分多少,仅在个别站位受具体元素的物源影响较大。研究发现,Zn、Cu、Pb、As、Cr在细砾和粗砂中的含量可以反映其在该地区的环境背景值大小。      

水环境中腐殖质对重金属吸附行为的影响

水环境中金属离子-腐殖质-矿物（或细菌）之间的相互作用能够显影响金属离子在地质体中的迁移和归宿。本综述了水环境中腐殖质对金属离子在矿物、微生物等表面只附行为影响的研究现状，分析讨论了复合型表面的基本特点、腐殖质对金属吸附到矿物表面的影响因素、腐殖质影响细菌表面吸附金属离子的机理，以及对三相体系不同研究的研究思路与结论等。     

淄博市区大气颗粒物重金属元素分布特征及其来源分析

为科学认识淄博市区大气颗粒物污染状况,探讨颗粒物的污染水平和元素在颗粒物中的分布与分配特征,对颗粒物中元素的来源进行分析。于2015年冬季和夏季期间分别布设45个和16个采样点采集悬浮颗粒物（TSP）、PM₁₀及PM_2.5样品,分析了颗粒物和18种元素（或化合物）的质量浓度。结果表明：1）大气颗粒物中冬季TSP、PM₁₀及PM_2.5的质量浓度均值高于夏季;PM₁₀和PM_2.5质量浓度均超过国家标准,其中冬季PM_2.5质量浓度是标准限值的1.96倍。2）不同粒径的颗粒物中元素质量分数差别显著,As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等多数重金属元素主要富集在PM_2.5中,且PM_2.5约占PM₁₀的65%（冬季）和73%（夏季）。3）颗粒物PM_2.5中Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、K₂O、MgO等氧化物主要受土壤扬尘控制;As、Cd、Hg、Pb、Se、Zn等元素主要源于人为污染;Se的富集因子最高,反映了PM_2.5污染主要来源于燃煤;Co、Cu、Ni、Na₂O受土壤扬尘和人类活动的共同作用,而Cr具有混合污染的特点。