天然有机质存在条件下的纳米颗粒与重金属协同行为研究

纳米颗粒与重金属元素相结合发生反应,可能产生一系列相互作用关系。这些作用过程是取决于多个环境条件共同作用的复杂过程,尤其是在土壤这种复杂的典型非均质环境介质中。这些作用关系可分为协同促进和拮抗抑制两大类关系。对于土壤中的重金属元素离子而言,纳米态粒子对其环境有效性究竟是协同促进还是拮抗抑制作用,关键取决于纳米粒子的表面修饰特性、二者间的界面反应以及反应后重金属元素的最终赋存状态这三个方面。协同促进或拮抗抑制作用与否则最终决定了这些污染重金属离子的生物可利用性和生态毒性响应。本文对近年来纳米颗粒-重金属共环境行为国内外研究现状进行综述讨论。纳米-重金属界面吸附解吸和土壤中迁移持留过程研究涉及多个热力学、动力学解析方法,科学家结合静态批实验和动态迁移实验等实验室模拟手段,对纳米颗粒、重金属离子、有机质三因子在土壤介质中的相互作用影响和共行为方式展开深入探讨。在重金属离子-纳米颗粒表面吸附机制、赋存形态以及重金属纳米吸附态土壤迁移固定机制研究中,多种定性表征方法的综合应用,如透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线吸收近边结构光谱/扩展X射线吸收精细结构光谱(XANES/EXAFS)等方法相结合,被公认是揭示这一系列过程机制的重要技术手段。针对不同土壤环境中有机质存在条件,正确评价纳米态物质对重金属的迁移性及生物可利用性的影响作用,将为纳米环境效应评估和纳米修复技术等相关应用提供重要的数据支持和机理依据。     

土壤类型及组分对热活化过硫酸盐氧化降解土壤中挥发性氯代烃的影响

为了探究高级氧化技术对土壤中有机氯代烃的氧化降解作用,为ISCO（in situ chemical oxidation）技术体系提供重要的理论依据和数据支撑,考察了热活化过硫酸盐（persulfate,PS）氧化降解不同类型土壤（砂类土壤、黏土类土壤）中挥发性氯代烃污染物（三氯乙烯（TCE）、三氯乙烷（TCA）、顺式-1,2-二氯乙烯（cis-1,2-DCE）、1,2-二氯乙烷（1,2-DCA））的效能;同时,通过硫酸盐与土壤相互作用过程研究,探究了不同土壤介质中有机质和无机组分在过硫酸盐消耗中所占比例。结果表明：在50℃时,热活化过硫酸盐可有效降解土壤中1,2-DCA、cis-1,2-DCE、TCA和TCE,砂类土壤介质中4种氯代烃降解效果依次为25%、89%、5%和61%,黏土类土壤介质中4种氯代烃降解效果依次为35%、86%、8%和63%;4种氯代烃的降解效果从高到低顺序依次为cis-1,2-DCE、TCE、1,2-DCA、TCA,砂类土壤中的氯代烃总体降解效果优于黏土类土壤中氯代烃的降解效果。另外,土壤中过硫酸盐氧化降解氯代烃反应研究发现,砂类和黏土类土壤介质组分中有机质消耗率分别为81.3%和72.6%,铁元素消耗率分别为80.5%和38.6%,表明土壤介质组分与过硫酸盐发生了氧化还原反应,从而导致过硫酸盐自身的大量消耗。由此可知,土壤介质中的有机质、铁元素等矿物质均参与过硫酸盐的消耗过程,且土壤有机质、铁元素与氯代烃之间在消耗过硫酸盐反应上存在竞争关系,土壤组分过多地消耗了过硫酸盐,导致了氯代烃的氧化降解效率较低。因此,针对实际有机氯代烃污染场地,采用过硫酸盐氧化技术进行修复时,过硫酸盐的实际投加量要远高于化学计量值,需充分考虑到土壤组分对过硫酸盐自身的消耗作用。     

冀北—辽西早白垩世沉积有机质特征与古气候环境演变

本文对冀北—辽西地区早白垩世沉积盆地富有机质沉积岩进行了初步有机地球化学分析研究。结果显示,冀北—辽西沉积盆沉积有机质特征在时间和空间上存在很大差异,代表白垩系早期沉积的滦平盆地大北沟组有机质丰度低,这不仅显示其所代表的沉积相带不利于有机质的聚集,也反映了当时生物不够繁盛;大店子组时期沉积相带发生了变化,有机质类型随着发生了变化,丰度有所增高,但总体上显示环境条件不利于生物的发育和繁盛。到了桥头组和义县组沉积岩有机质丰度大幅升高,表明生物界非常繁盛,古气候环境有利于有机质的大量生成和堆积,总体上反映了温湿的气候条件;但同时也存在较为频繁或交替性寒冷气候波动,具体的古气候环境状态尚需进一步深入研究。     

贵州百花湖分层晚期有机质降解过程与溶解N2O循环

百花湖是一个具有季节性分层的富营养小型湖泊,在秋季湖水倒转期经常发生水质恶化事件,碳氮循环出现异常。文章研究特选择在秋初,湖泊分层开始消失时,测定了湖水中不同深度的N₂O,CH₄,CO₂,有机和无机碳同位素以及其他化学参数变化。结果发现:采样时百花湖在约6m和16m深度附近出现了两个温度不连续层(SDL和PDL),并影响到有机颗粒的沉降和分解。相对而言,有较多的有机质在这两个层内发生降解,但降解的途径有所不同,上部主要是有氧降解,下部则主要是无氧降解过程。N₂O的产生和消耗与有机质的降解过程完全对应:PDL层以上,ΔN₂O与AOU的线性关系反映了N₂O主要形成于硝化作用;PDL层以下反硝化作用导致N₂O严重不饱和;PDL内位于硝化作用和反硝化作用过渡带的N₂O峰,显然是硝化与反硝化联合作用的结果。PDL层内较大的CH₄浓度变化梯度,说明嗜甲烷细菌可能通过氧化NH+4贡献了部分N₂O。百花湖秋、冬季表层湖水N₂O都是过饱和的,都是大气N₂O的源,依据分子扩散模型计算湖泊N₂O的释放通量在12～14μmol/m·day之间,秋、冬季没有明显的差别。秋季底层湖水的反硝化作用是湖泊N₂O的汇,其消耗通量与表层的释放通量基本相当。     

凉山瓦西乡南红玉中的赤铁矿包裹体特征与成因

瓦西乡产出的南红玉中的红色点状及火焰纹典型包裹体分别是石英中的红色球粒与红色管状包裹体。鏡下及扫描电镜(SEM)研究,红色球粒分布在"三色"层水晶的菱面体单形晶面的间歇层面中,由红色核、黑色壳和红色表层组成;火焰纹管状包裹体主要出现在条带水晶中,管的方向垂直水晶的菱面体晶面,管的内壁呈黑色,外壳为红色。其球粒表层或管外壳的颜色、厚度及透光性则直接影响南红的颜色质量与润泽性。研究表明,球粒状和火焰状包裹体主要由片状、鳞片状或板片状赤铁矿组成;球粒圈层中的赤铁矿晶体c轴取向呈规律变化,可能与其V2O5含量有关。据水晶晶体中的球粒、管及共生矿物绿帘石、黄铜矿包裹体的红外光谱(IR)及流体包裹体均一法测温与激光拉曼(LRS)分析,球或管的赤铁矿属含有机质的低温热液(约160℃)成因,成矿溶液中的有机质也是促使铁氧化物凝聚形成具不同圈层结构的红色球粒与管的主要原因。有机质可能来自下二叠统茅口组碳酸盐。     

秦岭—大别造山带区域地壳Sm-Nd同位素组成及其意义

对秦岭—大别造山带大量Nd同位素资料进行统计,获得了该地区陆壳基底和区域花岗岩类的147Sm/144Nd平均值,分别为0.136和0.108。基于区域资料获得的二阶段亏损地幔模式年龄(T2DM)比用147Sm/144Nd=0.118做参数的计算结果要普遍偏老,两种结果的差异随着模式年龄的偏老明显偏大。本研究获得的该区域地壳147Sm/144Nd组成特征与元素丰度资料之间存在较大差异,结合稀土元素综合对比,表明前人获得的该区域元素丰度资料偏酸性。     

中国大陆岩石圈的化学元素丰度

中国大陆岩石圈模型的面积９６０万ｋｍ＾２，平均厚度１１０ｋｍ，体积１０．６亿ｋｍ＾３，岩石平均密度３．０６４ｇ／ｃｍ＾３、总质量３．２４５×１０＾１８ｔ。在中国大陆地壳元素丰度的基础上，作者首次求出中国大陆岩石圈的元素丰度值。其质量丰度，厚子丰度和相对丰度列于表１。此外还按１０类（７８种）元素分别讨论中国大陆岩石圈的主要化学特征。     

黄土高原西部地区黄土地层有机质主要来源分析

黄土有机质的主要来源是决定其稳定碳同位素(δ 13 Corg.)能否应用于重建过去C3/C4相对丰度变化及相应的古气候变化的关键基础科学问题。如若黄土地层当中的有机质主要由粉尘携带而来, 而非当地植被, 显然其δ 13 Corg. 不是一个局地植被过去C3/C4相对丰度变化及古气候变化的良好指示器。本文对黄土高原西部地区(六盘山以西)新获得和已发表的相关数据进行综合分析, 尝试对该地区黄土有机质的主要来源进行定量的分析。结果表明, 总体而言, 该地区黄土地层有机质主要来源于当地植被, 由粉尘携带而来的有机质贡献量不超过8 %, 所造成的有机碳同位素变化幅度不超过1.7 ‰ 。这些结果说明该地区的黄土地层有机质δ 13 Corg. 是可以用来重建过去C3/C4植物相对丰度及相应的古气候变化的。为了更精确的重建, 后续的工作应当更多考虑粉尘搬运过程当中的有机质输入以及粉尘沉积之后的微生物活动的可能潜在影响。     

应用岩石热解数据S2-TOC相关图进行烃源岩评价

应用岩石热解数据评价烃源岩的传统方法具有一定的局限性。由于矿物基质的吸附或“死碳”的影响,有机质类型的“范氏图解”往往夸大烃源岩有机质类型的非均质性。对松辽盆地上白垩统不同有机质丰度和有机质类型的烃源岩生烃动力学研究表明,它们具有相似的生烃动力学特征,说明尽管有机质丰度存在较强的非均质性,但其有效源岩类型（区别于应用范氏图划分的有机质类型）是一致的。这些烃源岩的岩石裂解烃（S2）与有机质丰度（TOC）的相关系数很高,与生烃动力学的分析结果一致,表明应用S2-TOC相关图划分烃源岩的有机质类型可以更真实地反映烃源岩的有效源岩类型,S2-TOC相关图是评价烃源岩有效源岩类型的有效手段。过去岩石热解数据用于反映烃源岩成熟度的主要指标是tmax,tmax对于偏Ⅱ／Ⅲ型的烃源岩比较适用,而对于Ⅰ型烃源岩,由于生油窗内变化不明显,tmax不能完全反映有机质的成熟过程;而且tmax也受运移油等其他因素影响。不同成熟度的烃源岩的S2-TOC图分析结果显示,随着成熟度的增加,S2-TOC的回归斜率和TOC逐渐减小;利用不同成熟度的烃源岩建立的S2-TOC图可用于评价烃源岩的成熟度。松辽盆地不同沉积相中烃源岩的S2-TOC相关图的特征表明。只要有有利的有机质保存条件,各沉积相下均可发育优质的烃源岩;S2-TOC相关图可以反映烃源岩形成的沉积环境和有机质保存条件。     

一种适用于沉积有机质族组分分离的微型柱色谱法

硅胶-氧化铝柱色谱是广泛采用的沉积有机质组分分离方法。但在常规柱色谱分离方法中,存在吸附剂、溶剂使用量过大、烷烃/芳烃组分交叉严重等问题。介绍一种微型柱色谱分离法,其分离效果与常规方法的效果基本相同或略有改善,吸附剂用量与样品的比例由100～250降低为25～50,洗脱溶剂与样品的比例由1800～4600降低至250～500。同时,操作程序进一步简化,分析成本和对环境的污染程度大幅度降低。