溶解态硅酸盐对臭葱石稳定性影响

溶解态硅酸盐在矿物表面的吸附和聚合行为影响矿物在水环境中的稳定性。研究溶解态硅酸盐在矿物表面的聚合行为及其对矿物稳定性的影响具有重要的理论和实际意义。本文研究了溶解态硅酸盐在臭葱石上的吸附动力学,利用衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)表征其吸附行为,并对吸附硅的臭葱石进行了淋溶稳定性分析。结果表明:溶解态硅酸盐与臭葱石在弱酸性环境中同时受吸附机理与受置换反应的控制;在pH3和pH4时,臭葱石吸附硅量较高,红外光谱显示硅在臭葱石表面形成类似于硅酸(SiO_2·xH_2O)的高聚物;此外,含硅臭葱石与臭葱石相比,在pH 4、pH 6和pH 8的淋溶稳定性实验中砷浸出量分别降低了68.1%、52.5%和15.5%。本研究可为有色冶炼含砷废渣的储存及进一步稳定化降低其环境风险提供科学依据。     

草酸对土壤胶体与矿物表面酶的吸附及活性影响

采用平衡批处理法,研究了模拟根系分泌物--草酸溶液的浓度、pH对酸性磷酸酶在针铁矿、高岭石及黄棕壤和砖红壤胶体(＜2μm)上的吸附及比活的影响.结果表明,针铁矿对磷酸酶的吸附量受草酸浓度的影响较小,其它供试胶体对蛋白的吸附量随草酸浓度的升高,一般表现为先急剧降低(0～5mmol·L^-1),之后逐渐升高到与对照相当或略低.这与草酸在土壤胶体和矿物表面的配位形态及其对载体表面的电荷改变、溶解有关.草酸体系中,供试胶体对磷酸酶的吸附顺序为针铁矿>黄棕壤＞高岭石＞砖红壤.酶在草酸体系中的最大吸附点位一般出现在蛋白的等电点(IEP)和供试胶体的PZC之间,而酶在草酸体系中被固定到供试胶体上之后,其最适比活点随胶体类型的不同而没有变化或有所高移.     

Bt毒素在三种矿物表面的吸附与解吸

研究了Bt库斯塔克亚种(kurstaki）毒素（65 kDa）在高岭土、针铁矿和氧化硅表面的吸附和解吸特性.结果表明：在磷酸盐缓冲体系（pH 8）中,3种矿物的等温吸附曲线均符合Langmuir方程（R²>0.9661）,它们对Bt毒素的吸附顺序为：针铁矿﹥高岭土﹥二氧化硅.矿物对Bt毒素的吸附1 h就基本达到了吸附平衡.在pH 6～8范围内,针铁矿、高岭土和二氧化硅对Bt毒素的吸附量随pH值的升高而降低.10 ℃～50 ℃范围内,针铁矿和氧化硅对Bt毒素吸附量随温度升高有所下降（8.39％和47.06％）,高岭土对Bt毒素吸附则略有升高（5.91％）.红外光谱分析显示,Bt毒素被矿物吸附后结构仅有微小变化.被矿物吸附的Bt毒素不易被去离子水解吸,水洗3次总解吸率为28.48%～42.04%.     

乙酸对土壤胶体矿物吸附酸性磷酸酶的影响

研究了不同pH值、不同浓度乙酸对酸性磷酸酶在土壤胶体和矿物表面吸附的影响,结果表明,在pH2～8的乙酸体系中,酶在胶体矿物表面的最大吸附pH一般出现在蛋白的等电点和矿物的零电荷点(PZC)之间,各土壤胶体和粘粒矿物对酶的吸附量大小顺序为针铁矿》黄棕壤>砖红壤>高岭石>二氧化锰,乙酸浓度对酶在胶体矿物表面的吸附量和吸附结合能具有较显著影响,在0～200mmol·L^-1范围内,随着乙酸浓度的增加,酶吸附量呈现先升高、后降低、再稳定的趋势,而吸附结合能的变化与此相反,并就乙酸对酶在胶体矿物表面吸附影响的可能机理进行了初步探讨。     

一株芽孢杆菌对含砷矿物中砷的还原作用

在自然环境中,砷通常吸附于铁氧化物、铝氧化物等金属氧化物矿物上,或与这些氧化物矿物形成共沉淀。厌氧条件下,微生物可能通过直接还原砷或者还原铁氧化物等载砷矿物从而影响砷的迁移转化。本研究筛选得到芽孢杆菌属的一株细菌DX-04,并研究了该菌株对不同形态砷酸盐的还原作用和还原途径。厌氧条件下,在12~24 h内菌株DX-04对溶解态砷的还原能力最强,溶解态砷对提高细菌生物量具有明显的促进作用。接种菌株DX-04的铁砷共沉淀培养基中液相As(III)浓度呈先升高后降低的趋势,砷发生还原与释放,进而发生二次沉淀再次被固持。当以载砷氧化铝矿物为载砷的模型矿物时,在DX-04菌株的还原作用下,吸附的As(V)首先从氢氧化铝矿物上释放到液相,进一步被还原为As(III)。微生物的这一作用能够引起含砷矿物中的砷向水体、沉积物环境中释放,成为人类健康的潜在威胁。     

2,4-二氯苯酚的矿物表面化学行为研究

矿物质是土壤中的重要组成成分,本实验采用动态反应和平衡反应研究氧化物矿物表面2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的化学行为.结果表明,无定形铁氧化物、针铁矿、α-MnO₂、δ-MnO₂对自然的或外源的有机化合物有较强的氧化能力,其中对2,4二氯苯酚的氧化能力是:δ-MnO₂αMnO₂>无定形铁氧化物、针铁矿.采用分段法估算反应系统的速率,发现氧化锰氧化2,4-二氯苯酚的反应速率是氧化铁的3～50倍,δ-MnO₂氧化2,4-二氯苯酚的速率是α-MnO₂的1.5～3.2倍.根系分泌物由于参与氧化物表面化学反应,对系统2,4-二氯苯酚的氧化过程产生一定影响,α-MnO₂加入根系分泌物后,2,4-二氯苯酚在溶液中的消减速率明显减慢,δ-MnO₂则相反,在根系分泌物共存下溶液中的2,4-二氯苯酚的转化率增加.Cu复合共存可能影响2,4二氯苯酚在矿物表面的键合氧化过程,其中δ-MnO₂对铜吸附能力大于αMnO₂,Cu复合共存对δMnO₂表面2,4-二氯苯酚的氧化影响较大.     

抗重金属细菌与针铁矿体系吸附Cu~(2 )和Cd~(2 )的红外光谱研究

采用红外光谱技术探讨了抗重金属细菌NTG-01对针铁矿吸附Cu2 、Cd2 的影响。结果表明:①细菌细胞表面的游离羟基可以吸附Cu2 ;②加入细菌以后促进了Cu2 与针铁矿表面游离羟基(-OH)反应,使Cd2 与其表面的水合羟基(-OH2)的反应加强。     

纳米δ-Bi2O3负载多孔沸石球填料对水体中Cr（Ⅵ）的吸附特征及其影响因素

在水热条件下合成纳米δ-Bi2O3负载多孔沸石球填料(Bi-PZSF),研究其对水体中Cr(Ⅵ)的吸附性能(包括等温吸附、吸附动力学和吸附稳定性)以及溶解氧、pH等因素对吸附过程的影响及其吸附机理。结果表明:朗格缪尔模型和准二级动力学模型对实验结果具有良好的拟合度,在中性条件下,水体中的溶解氧含量对吸附速率影响较小,Bi-PZSF的最大吸附量为955.69 mg·kg^-1,比天然沸石的吸附量提升了近120倍;Bi-PZSF在NO3^-和SO4^2-的溶液中呈现出较强的选择吸收Cr(Ⅵ)能力,Cr(Ⅵ)去除率均在97%以上;同时,Bi-PZSF在吸附Cr(Ⅵ)后表现出高稳定性。Cr(Ⅵ)的去除主要是通过与附着在Bi-PZSF上的纳米δ-Bi2O3的表面羟基交换完成的。     

贵州万山汞矿区污染土壤中汞的形态分布特征

利用优化Tessier连续化学浸提法对贵州万山汞矿区污染土壤中汞的形态分布进行研究.结果表明,稻田土壤中汞主要以残渣态形式存在(79.65%),其次为有机结合态(19.97%)、氧化态(0.31%)、特殊吸附态(0.04%)和溶解态与可交换态(0.03%);除特殊吸附态外,其他各形态汞含量均随距污染源距离增加而降低,特殊吸附态汞在分析土壤中含量变化不明显;生物可利用性(溶解态与可交换态和特殊吸附态)汞占总汞比例较低,但在污染土壤中其含量明显高于未受污染地区.     

生物降解对黑碳及土壤上苯酚脱附行为的影响

农业土壤和黑碳(BC)两种不同的吸附剂吸附苯酚平衡后分离,每组一部分不做处理,另一部分通过加入无酚灭菌溶液脱附平衡后分离,制备得到在不同吸附位点上吸附有苯酚的两类不同类型的4种吸附苯酚的吸附剂,研究了在不同Pseudomonasputida ATCC 11172菌密度条件下吸附在这4种吸附剂上的苯酚的脱附行为.结果表明,土壤及BC对苯酚的吸附均呈现明显的非线性,可用Freundlich模型描述.吸附态的苯酚能否被微生物利用取决于微生物及吸附剂的性质,BC具有发达的微孔结构,微孔小于假单胞菌细胞尺寸,导致假单胞菌无法直接利用吸附在BC上的苯酚;土壤基本无微孔结构,微生物较易与吸附的苯酚发生表面接触,直接利用吸附态苯酚.BC和土壤上的吸附态苯酚的脱附行为能用三元位点模型很好地描述,模型计算结果表明BC上的苯酚脱附主要受慢速脱附和极慢速脱附控制,微生物降解速率受脱附控制,降解可加速BC上的慢速脱附和极慢速脱附;土壤上的苯酚脱附主要受快速脱附控制,微生物降解不受脱附速率限制,对土壤上的脱附行为基本无影响.     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响 Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Zn形态分布。结果表明,单淹水使土中各形态Zn一定程度上向生物有效性较低的Zn形态转化,有效态Zn降低。土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Zn变化。种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Zn亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Zn富集。根际Zn形态转化强度大于非根际,其有效态Zn量接近临界值并高于非根际。有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Zn的转化,低盐土壤根际更强烈。随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Zn向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Zn转化,低盐土壤较明显。     

土壤溶液中的砷及其与水稻生长效应的关系

通过盆栽试验和土壤中砷的吸附试验,探讨了砷在土壤溶液中的氧化－还原行为和溶解行为,并初步揭示了不同价态砷对水稻毒性差异的机理,以及土壤ｐＨ对砷的吸附作用和毒害作用的影响。     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Ｚｎ形态分布．结果表明,单淹水使土中各形态Ｚｎ一定程度上向生物有效性较低的Ｚｎ形态转化,有效态Ｚｎ降低．土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Ｚｎ变化．种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Ｚｎ亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ富集．根际Ｚｎ形态转化强度大于非根际,其有效态Ｚｎ量接近临界值并高于非根际．有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Ｚｎ的转化,低盐土壤根际更强烈．随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Ｚｎ向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ转化,低盐土壤较明显．     

异化铁还原诱导次生铁矿对土壤重金属形态转化的影响

土壤重金属具有残留时间长、毒性大、难迁移等特点,其形态转化又是影响重金属毒性和迁移的关键因子。同时,不同形态土壤重金属通过迁移进入到作物、水、大气循环中,对人类的健康构成极大威胁。厌氧条件下,土壤中丰富的铁含量和微生物异化铁还原过程为自然环境中不同晶型次生铁矿的形成提供了有利条件。微生物诱导生成的次生铁矿物有独特的形态和特征,如纳米颗粒、高表面积和高反应活性,这些矿物特征对土壤重金属形态转化起到重要作用。本文重点介绍在异化铁还原微生物驱动下次生铁矿形成过程对土壤重金属形态转化的影响效应及机制。次生铁矿物形成过程直接影响土壤中微量金属污染物的迁移转化及归宿,因此在重金属污染场地修复等方面具有很重要的应用前景。     

腐殖酸对矿物结合汞环境迁移性的影响及其机制研究

腐殖酸对矿物结合汞环境迁移活性 (挥发性 ,植物迁移活性及水迁移活性 )兼具抑制与活化的双重效应。富里酸对铁锰氧化物结合汞无论是挥发活性还是植物迁移活性及水迁移活性均表现极显著的促进效应 ,而酸性淋溶将加速富里酸对硅酸盐粘土矿物结合汞的环境迁移的活化进程 ;灰色胡敏酸对矿物结合汞的活化效应较弱 ,并更易于对矿物汞环境活性表现抑制作用。棕色胡敏酸性质与影响介于富里酸与灰色胡敏酸之间。腐殖酸作用下 ,矿物结合汞的环境迁移形态发生了改变 :元素态汞、游离的有机结合态汞和溶解态无机汞依次成为其发生大气环境迁移、土壤垂直水迁移和植物迁移最有效的形态。     

微生物驱动硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程的锌胁迫

【目的】探究中性厌氧条件下,金属锌影响下硝酸盐依赖型铁氧化菌Pseudomonas stutzeri LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程机制,对深入理解中性厌氧环境中微生物亚铁氧化驱动的反硝化作用及重金属固定机制具有重要意义。【方法】以不同Zn(Ⅱ)浓度构建LS-2驱动的亚铁氧化成矿体系,分析不同体系中亚铁氧化速率、硝酸盐还原速率以及形成矿物的结构变化规律。【结果】LS-2驱动的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中,共存Zn(Ⅱ)降低该过程中硝酸盐的还原速率和亚铁氧化速率。同时,随着Zn(Ⅱ)浓度提高,抑制作用增强。微生物亚铁氧化形成的矿物通过吸附、共沉淀和离子置换等过程固定Zn(Ⅱ),降低Zn(Ⅱ)活性。Zn(Ⅱ)浓度对形成的矿物结构有较大的影响:低浓度Zn(Ⅱ)体系中,形成的矿物为纤铁矿;随着Zn(Ⅱ)浓度的提高,矿物结构与结晶度都有一定程度的变化,当Zn(Ⅱ)达到4 mmol/L时,形成的矿物主要为铁锌尖晶石。【结论】明确了重金属锌对LS-2菌株反硝化及亚铁氧化过程的抑制规律,同时阐明了Zn(Ⅱ)浓度对形成矿物结构的影响。研究结果有助于深入认识中性厌氧环境中重金属与微生物驱动的铁循环和反硝化过程的耦合作用,为土壤重金属污染防治提供理论支撑。     

基于氢氘交换核磁共振技术研究蛋白质与阳离子交换介质的相互作用

原位实时捕捉多孔介质内的蛋白结构变化信息是蛋白质层析失活机理研究中的难点。为此,本文发展了蛋白质氢氘交换与核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)相结合的新型蛋白质液固界面表征路线。研究了溶菌酶在溶液态以及在阳离子交换介质内部吸附态时的去折叠行为,并揭示了蛋白与阳离子交换介质(SP Sepharose FF)相互作用机理。溶液态溶菌酶的一维核磁共振氢谱动力学显示蛋白质去折叠可导致残基暴露进而加快氢氘交换速率。吸附态溶菌酶的二维氢-氢全相关谱图(Total correlation spectroscopy,TOCSY)以及残基峰强度显示,溶菌酶在吸附态时的去折叠呈区域性,无规则卷曲(Coil,bend,and turn)片段的酰胺氢信号更容易失去,而二级结构域(α-helix,β-sheet)对酰胺氢信号保护更好。最终,利用蛋白表面静电势模拟计算结合氢氘标记的蛋白核核磁数据可确定出溶菌酶与阳离子交换介质的作用位点。这对于深刻理解层析过程中蛋白与层析介质微观作用机理以及层析过程中吸附剂的选择、设计具有重要意义,也为获取蛋白质与生物材料之间相互作用研究提供新的有效工具。     

不同条件下鲤鱼鳃部对高岭土颗粒吸附态铜的吸收

在水相溶解态铜浓度和高岭土吸附态铜浓度保持不变,pH和高岭土粒径不同条件下,研究了鲤鱼鱼鳃对铜的吸收。结果表明在本研究范围内,吸附态铜的存在增加了鱼鳃吸收。鳃对铜的吸收随pH增加而递增,随高岭土粒径减少而递增。利用MINTEQA2软件分析了不同实验条件下鱼鳃微环境中铜的形态分布特征,对吸附态铜可能的生物有效性机制进行了说明。     

池塘水华与底层磷营养状态的关系

比较了武汉东郊相邻池塘间隙水、上覆水与沉积物中磷形态、水相中与不同大小颗粒相联系的碱性磷酸酶活性 (APA)、溶解态与沉积物APA动力学参数及沉积物有机质的含量。铜绿微囊藻 (Microcystisaeruginosa)出现或繁盛的池塘上覆水中正磷酸盐 (O—P)或间隙水中不同形态磷的浓度较高 ,而底层水相不同形态磷浓度较低的池塘叶绿素的浓度亦低 ,且未见铜绿微囊藻 ,故水华与底层磷营养之间联系紧密。各塘沉积物磷主要以铁结合态形式存在 ,铜绿微囊藻繁盛的池塘沉积物中铁结合态磷含量较低 ,而有机质含量较高 ,底层APA亦表现出较高的底物亲和能力 (较小的Km 值 )和反应速度 (较大的Vmax值 ) ,上述结果说明 ,有机质可能在上覆水、间隙水与沉积物诱导具不同动力学特征的高APA ,同时引发厌氧状态 ,这双重因素均有利于O—P的迅速释放 ,从而促进水华的形成     

溶解有机质与铁氧化物相互作用过程对重金属再迁移的影响

水体中的溶解有机质(DOM)可与铁氧化物发生广泛的相互作用,进而对重金属再迁移产生重要影响,因而开展DOM与铁氧化物相互作用过程及其对重金属再迁移影响的实验研究,将有助于深化认识有毒重金属的迁移转化规律及其二次污染风险。本文对还原条件下不同浓度的DOM与铁氧化物的相互作用过程及其对重金属(Pb和As)再迁移的影响进行了研究。Pb、As浓度变化和铁氧化物絮体IR光谱分析结果表明:(1)DOM与铁氧化物的相互作用能明显增强还原环境下铁氧化物中Pb的再释放,并对As的再迁移产生一定的影响;(2)铁氧化物絮体主要通过Fe(III)与DOM中的羟基和羧基形成配位键而发生相互作用,Fe(III)易形成粒径更小的无定形铁氧化物,有利于铁氧化物的还原溶解,进而增强铁氧化物絮体中Pb、As的再释放;DOM使还原溶解后的Fe(II)难以形成二次沉淀矿物,不仅减弱了Pb、As再次进入固相的机会,而且溶解态Fe(II)浓度的增高能够进一步催化γ-FeOOH到α-FeOOH的相转化过程,进而促进铁氧化物絮体中Pb、As元素的再释放;此外,DOM还可以通过竞争吸附作用过程减弱铁氧化物对Pb、As的吸附,这可能也是溶液中Pb、As浓度增高的原因。本研究为进一步深化认识还原环境下重金属的二次污染风险,进而制定科学合理的水环境管理和保护措施提供了科学依据。