黄铁矿及矿渣处理含铊废水过程的反射光谱表征

考察了黄铁矿及矿渣中的表面羟基,发现矿渣中的双羟基是由矿渣中残留有黄铁矿引起的。漫反射红外光谱分析表明,在处理含铊废水过程中,黄铁矿及矿渣中表面羟基与铊离子发生作用。用黄铁矿处理后,表征双羟基的3 550和3 402 cm-1峰减弱;用矿渣处理后,双羟基峰在减弱的同时,3 550 cm-1峰发生了明显位移(位移70 cm-1)。可见区的反射光谱用于表征处理过程中的黄铁矿和矿渣的颗粒及比表面变化,解释了黄铁矿及矿渣在重复使用时其活性反而增强的原因。     

部分土壤重金属可见-近红外反射光谱特征及机理研究

测量重金属化合物氯化铬(CrCl₃)、氯化铜(CuCl₂)、氯化锌(ZnCl₂)的可见-近红外反射光谱(VNIRS),将重金属反射光谱与重金属元素的核外电子排布式联系起来,观察重金属化合物的反射光谱特征;结合晶体场理论分析重金属的特征反射峰出现的波段位置和原因。以湖北大冶地区土壤样品为例,向土样中添加不同浓度梯度的CrCl₃,CuCl₂和ZnCl₂并测定其可见-近红外反射光谱,研究不同种类不同浓度的重金属对土壤反射光谱的影响。对样本的反射光谱进行不同光谱预处理,探究重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系及显著相关(p<0.05)波段出现的位置和潜在机理。结果表明,重金属化合物CrCl₃,CuCl₂和ZnCl₂在可见光-短波近红外波段范围内的反射光谱特征与重金属元素3d轨道上的电子填充状态有关。添加入土壤中的重金属化合物影响了土壤的可见-近红外反射光谱,其浓度与土壤反射光谱之间整体呈负相关,最大负相关系数分别为-0.788,-0.880和-0.824。样品反射光谱经不同预处理后,重金属浓度与土壤反射光谱之间的线性相关关系有所变化,显著相关波段信息更加丰富。研究表明,重金属的可见-近红外反射光谱与重金属的电子结构紧密相关,可见-近红外反射光谱技术可以检测到土壤中较高浓度重金属的存在,该技术在快速高效、无损低耗地预测土壤重金属元素含量方面拥有巨大潜力。基于部分重金属化合物的可见-近红外反射光谱特征,结合晶体场理论为土壤重金属的定性和定量反射光谱分析提供了理论依据和实验参考。     

黄铁矿氧化的原位衰减全反射红外光谱表征

黄铁矿是自然界普遍存在的一种矿物,容易发生氧化反应,是酸性矿山废水(AMD)的主要来源。研究黄铁矿氧化有助于揭示其产生污染的机制。通过黄铁矿氧化生成硫酸,硫酸再与黄铁矿中所含碳酸盐(钙)反应生成二氧化碳这一设计实验,实现了黄铁矿在大气环境和水环境中氧化的原位衰减全反射红外光谱表征。通过对反应生成的CO₂进行原位表征,发现黄铁矿在空气和水中均存在明显的氧化作用,二者的氧化速率随时间而下降,差别在于,黄铁矿在水环境中的氧化速率下降较之在大气中显著,表明黄铁矿在水中的氧化较之在大气中要慢。在衰减全反射测量中,2 350 cm-1处表征CO₂的双吸收峰的选择性好,并可实现原位分析。     

伯胺萃取Cr(Ⅵ)的光谱学研究

利用等离子体发射光谱(ICP-AES),激光拉曼光谱,傅里叶变换红外光谱(FTIR),核磁共振(1H NMR)分析技术对伯胺在近中性条件下从水溶液中萃取Cr(Ⅵ)的过程进行了研究。ICP-AES对萃取前后水相Cr(Ⅵ)浓度测试结果显示,在近中性条件下,伯胺仍然能够萃取Cr(Ⅵ)。激光拉曼光谱显示,未经酸化的伯胺从近中性水溶液中萃取Cr(Ⅵ)后在890 cm-1处出现新峰。红外光谱显示在近中性条件下直接使用伯胺萃取Cr(Ⅵ)与经酸化处理后按离子交换历程萃取的萃取机理不同,Cr(Ⅵ)进入有机相后在885 cm-1处产生与拉曼光谱对应的新峰。1H核磁共振波谱显示,—NH₂上的质子峰向低场移动,伯胺在萃取过程中通过氢键与Cr(Ⅵ)结合。综合以上不同分析手段得到的结果可以推断,伯胺在近中性的水溶液中是以溶剂化萃取历程通过氢键结合方式萃取Cr(Ⅵ)。     

氧化石墨烯负载纳米零价铁(rGO-nZⅥ)去除地下水中Cr(Ⅵ)的XPS谱学表征

纳米铁广泛用于水中重金属离子的去除,但由于其易团聚的特性,在地下水中迁移性差,使其修复效果降低。氧化石墨烯具有吸附重金属的作用,但由于其表面带有负电荷,对带负电的高价铬(Cr_2O_7~(2-),CrO_4~(2-))吸附作用较弱。以氧化石墨烯(GO)为载体,采用液相还原法制备的氧化石墨烯负载纳米铁(rGO-nZⅥ),在改善纳米铁的分散性的同时,利用nZⅥ将带负电的高价铬(Cr_2O_7~(2-),CrO_4~(2-))还原为带正电的三价铬(Cr~(3+)),增强了氧化石墨烯对其吸附的性能。利用XRD和TEM对制备的rGO-nZⅥ进行表征,表明制备的rGO-nZⅥ近似球形,粒径为20~100nm;零价铁负载在GO表面。应用rGO-nZⅥ处理Cr(Ⅵ)污染的地下水,Cr(Ⅵ)的去除效率可达到100%,材料的最佳投加量与Cr(Ⅵ)浓度呈线性正相关。采用X光电子能谱(XPS)分析铬和铁的存在形态,并通过XPAPEAK41分峰后证实,Cr(Ⅵ)首先被还原为Cr(Ⅲ),进而生成Cr(OH)3吸附到材料表面。由XPS图看出,经24h反应,69.8%的Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)吸附到材料表面,此时仍具有Fe0的峰,证实材料具有很强的还原吸附铬的能力,且仍具有缓慢释放电子的能力,有利于后续长时间的修复。该结果对于利用rGO-nZⅥ处理地下水Cr(Ⅵ)污染具有重要的理论意义和实用价值。     

煤矸石充填复垦重构土壤重金属含量高光谱反演

为研究煤矸石充填复垦土壤重金属含量快速有效的监测方法,以淮南创大生态园煤矸石充填复垦田间试验小区为研究区域,首先采用化学方法监测土壤(0～20 cm)重金属(Cu, Cr, As)含量,然后采用ASD(analytical spectral devices) FiSpec4型高光谱仪测量土壤样品的反射光谱,提取光谱特征,并对光谱进行一阶微分变换、二阶微分变换及倒数对数变换;将变换后的各光谱特征参数与监测的土壤重金属含量进行相关性分析,并依据相关性分析结果选择显著相关的波段作为相关因子供建模使用。采用多元逐步回归(stepwise multiple liner regression,SMLR)分析、偏最小二乘回归(partial least squares regression, PLSR)及人工神经网络(artificial neural network, ANN)三种方法分别建立基于光谱反射率估算土壤重金属含量的预测模型,并采用回归模型进行精度评定,然后确定各重金属含量的最佳预测模型。实验结果表明,经过微分变换的光谱波段与土壤重金属含量达到了显著相关;重金属Cu和Cr的一阶微分光谱的人工神经网络模型为最佳预测模型,重金属元素As的二阶微分光谱的偏最小二乘回归模型为最佳预测模型。     

生物质基活性炭负载镍对CrⅥ的催化吸附性能研究

为了有效处理污水中的重金属铬,本文利用废弃物甘蔗渣负载镍和氮,制备出一种高催化性能的活性炭用于降解吸附污染水体中的Cr~Ⅵ.利用BET、SEM、Raman、XRD、XPS等手段对负载镍生物质基活性炭进行理化性质表征,对其催化吸附Cr~Ⅵ的性能进行评估并探究了其催化吸附机理。结果表明,在甲酸作为辅助催化剂时,负载镍生物质基活性炭对Cr~Ⅵ的最大降解量高达824.38mg/g,并且循环性能优良,活性位点有较高稳定性。而其催化吸附过程涉及到含氧官能团与Cr的络合作用、单质镍与Cr~Ⅵ氧化还原反应、Ni~(3+)和Cr~(3+)共沉淀等作用。     

芯片式流通池顺序注射可更新表面反射光谱分析系统的研究

本文提出一种用于流动注射或顺序注射分析进样可更新表面反射光谱法检测的芯片式流通池 ,并将此流通池与顺序注射系统及检测系统相匹配。流通池采用三层组合结构 ,流通池通道刻在中间层的硅橡胶膜上 ,多孔滤层横嵌于硅橡胶膜上的通道处以实现对微珠的截留。流通池检测窗口面积约为 3 6mm2 ,填充微珠体积 2 2 μL ,微珠层厚度 6 0 0 μm。与流通池相接的多股双岔光纤分别与光源、检测器相耦合 ,以实现对微珠表面的反射光谱检测。工作中采用Cr(Ⅵ )与固定在PolysorbC 18微珠表面的DPC的显色反应做为模型系统对流通池和仪器系统进行优化。微珠表面反射光谱在 5 40nm处检测 ,Cr(Ⅵ )采样量 10 0 μL ,载流流速为 1 0mL·min- 1 时 ,线性范围为 0～ 0 6 μg·mL- 1 Cr(Ⅵ ) ,检测限为 6ng·mL- 1 ,分析精度RSD(n =11)为1 5 % ,进样频率 6 4样·h- 1 。文中讨论了分析体系的设计思路 ,微珠层厚度、微珠注入量、载流流速、采样量等因素对检测的影响     

红外光谱法研究低温焚烧稻壳灰对Cr(Ⅵ)的吸附机理

采用Boehm滴定法量化了低温焚烧稻壳灰表面官能团,考察了溶液初始pH值和温度对吸附效能的影响,借助动力学方程和吸附等温线,研究了稻壳灰对Cr(Ⅵ)的吸附性能,利用红外图谱、扫描电镜表征了稻壳灰的表面形貌和吸附机理。结果表明：在pH值为5时,稻壳灰对Cr(Ⅵ)取得最优去除效果,吸附前后溶液pH值变化很小。稻壳灰对Cr(Ⅵ)有较强的去除能力,对于20 mg·L-1的Cr(Ⅵ)溶液,最高去除率能达到95%左右,达到《污水综合排放标准GB8978—1996》1～2级标准。吸附过程能更好地符合准二级反应动力学方程和Langmuir等温线方程,饱和吸附容量可达3.277 6 mg·g-1。红外光谱表明酰胺Ⅱ带、Si—O—Si、O—Si—O等在Cr(Ⅵ)吸附过程中可能有重要贡献。扫描电镜图片表明吸附Cr(Ⅵ)后,稻壳灰表面分布有众多的光亮沉积物,有条带状或不规则点斑出现,推测无机微沉淀和氧化还原机理在吸附过程中起重要作用。稻壳灰是一种价格低廉、有应用潜力的高效吸附剂,可以用于水体重金属污染的治理修复。     

3-羟基-2-萘甲酸-铬(Ⅲ)配合物与牛血清白蛋白作用的光谱研究

研究了3-羟基-2-萘甲酸铬(I)配合物[Cr(3-HNA)(en)2]Cl的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱性质.在pH 7.4.0.05mol.L-1 Tris-HCl缓冲条件下通过荧光光谱技术,研究了BSA与[Cr(3-HNA)(en)2] 间的相互作用,测定了反应的结合常数与结合位点数.     

Study on oxidation of pyrite by in situ absorption spectroscopy

Pyrite is one of the common natural mineral It is easily oxidized and brings heavy metal contaminations,therefore it is the main source of acidity mine drainage.The study on the dynamics of pyrite is helpful to comprehending the mechanism of its pollution.In the present paper,an experimental method was designed that phenanthroline reacts with Fe2+that is released from pyrite in solution,and produces stable orange-red complex compound.It can be detected by absorption spectroscopy.Insitu characterization of oxidation of pyrite can be achieved by this method.The results showed that the method is reliable and accurate,and it has high sensitivity and little interference; the reaction rate of oxidation increased linearly with time,corresponding to the characterization of zero-order reaction; oxidation of pyrite belongs to the surface reaction and the process of surface reaction is rate determining step.     

漫反射光谱技术对文物保护及相关问题的研究

应用自行研制的光导纤维反射分光光度计,研究了漫反射光谱技术在文物保护研究中的应用。主要工作包括： (1)通过比较待测颜料和标准颜料反射光谱曲线的形状和特征反射峰或一阶导数峰的位置,实现对彩绘文物颜料的分析鉴定。(2)用漫反射光谱技术监测金属表面状态的变化。文中通过对铜及其锈蚀产物漫反射光谱的研究得到了铜表面的一些信息,可见漫反射光谱技术对金属表面状态的研究具有特殊的功能。(3)通过研究文物保护修复材料的反射光谱特性,指导人们选择适宜的材料。作者的研究证实了漫反射光谱法是一种新的文物保护研究技术,具有简便、快捷和不损坏文物的特点,该工作使漫反射光谱技术成为文物保护研究的一种新的检测手段,同时也为漫反射光谱分析开辟了新的研究应用领域。     

Surface characterisation of ethylene-propylene-diene rubber upon exposure to aqueous acidic solution

Two types of pure ethylene propylene diene rubbers were exposed to two different acids for varying period of time. Surface characterisation was carried out using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Two EPDM rubbers selected for this study were comparable in co-monomer compositions but significantly different with respect to molar mass and the presence of long chain branching. Both rubbers contained 5-ethylidene-2-norbornene (ENB) as diene. Solution cast films of pure EPDM samples were exposed in two different acidic solutions, viz. chromosulphuric (Cr (VI)/H₂SO₄) and sulphuric acid (H₂SO₄) (20%, v/v) at ambient temperature from 1 to 12 weeks. XPS analysis indicated that several oxygenated species were formed on the surface of both rubbers after exposure. It was postulated from the XPS analyses that both aqueous acidic solutions attacked the olefinic double bonds (CC) of ENB. Furthermore, 20% Cr (VI)/H₂SO₄ also attacked the allylic carbon-hydrogen (CH) bonds of ENB resulting in more oxygenated species on the surface compared to 20% H₂SO₄ under identical conditions. Cr (VI) in the 20% Cr (VI)/H₂SO₄ was found to play an important role in alteration of surface chemistry. Studies using a model system consisting of EPDM mixed with Cr (VI) and Cr (III) salts revealed that the change of oxidation state from Cr (VI) to Cr (III) as a consequence of direct involvement of Cr (VI) in the chemical alteration of EPDM surfaces. Interestingly, the presence of long chain branching and molar mass did not significantly influence the chemical processes owing to the acid treatment.     

Removal of chromium(VI) and dye Alizarin Red S (ARS) using polymer-coated iron oxide (Fe3O4) magnetic nanoparticles by co-precipitation method

The present research was conducted with an aim to develop such adsorbent system: polymer-coated magnetic nanoparticles which can remove heavy metal and dye from water of different concentration. Synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles for contaminated water purification has been one of the outcomes of application of rapidly growing field of Nanotechnology in Environmental Science. In the present study, the efficiency of magnetic nanoparticles for removal of Cr(VI) and dye (alizarin) from water solutions of known concentrations were evaluated. The nanoparticles were prepared by co-precipitation method and characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy. Polymer-coated magnetic iron oxide nanoparticles carrying functional groups on their surface were synthesized by different methods for permanent magnet-assisted removal of heavy metal (chromium) and dye (Alizarin Red S) from water. The characterization showed that synthesized nanoparticles were in the size range of 10–50 nm. The adsorption capacities of the Fe₃O₄ using polyMETAC-coated particles for dye (Alizarin Red S) removal were 80–96 % and chromium 62–91 %. The chromium concentration was determined after magnetic separation using atomic absorption spectrophotometer and dye concentration was estimated with UV–visible spectrophotometer. Nanoparticles of polymer coated showed the highest removal capacity from water for metal and dye. The developed adsorbents had higher capacity for removal of heavy metal ions and dye.     

Cr(VI) adsorption mechanism on rice husk ash burned at low temperature by method of IR spectra

Boehm titration method was used to analyze functional groups on cell surface of rice husk ash burned at low temperature in the present paper. Effects of initial pH value and temperature on Cr(VI) adsorption were studied, adsorption capacity was tested with the help of kinetic models and adsorption isotherms, instruments of Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR) and scanning electron microscope (SEM) were used to check characteristics and adsorption mechanism of Cr(VI). The results indicated that optimal removing rate was achieved at initial pH value 5, and pH values of aqueous solution changed little be fore and after adsorption process. The adsorbent of rice husk ash could remove Cr(VI) effectively, and the maximum removing rate could be 95% with Cr(VI) concentration 20 mg x L(-1) and achieve 1-2 level of state standard(GB8978-1996). The adsorption process fits pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm better, the maximum adsorption capacity of Cr(VI) was 3.2776 mg x g(-1). Results of FTIR showed that amide II band, Si--O--Si, O--Si--O were important for Cr(VI) removal. SEM micrographs revealed that series of needle-shaped precipitation appeared on cell surface, and inorganic precipitation mechanism and redox mechanism might work in the test. As a kind of low cost adsorbent, rice husk ash can be applied to remove heavy metals in environment with great potential.     

基于飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱探测土壤重金属Cr元素含量

本文基于飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱对土壤重金属Cr元素含量进行了实验研究.利用荧光法对等离子体丝的长度进行测量,给出了在不同焦距聚焦透镜作用下土壤中Cr425.5 nm的谱线强度空间分布,实验给出了Cr元素的定标曲线.实验结果表明,土壤中Cr元素浓度分析测量的相对标准偏差小于5%,土壤中重金属Cr元素的检测极限为7.85 ppm.表明飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术在土壤重金属Cr元素含量的定量探测方面是完全可行的.     

太赫兹时域光谱技术的重金属离子吸附检测方法研究

随着工业化进程的不断推进,水体重金属污染问题日益严重。秸秆具有来源广泛、价格低廉、易再生等优点,故成为水体重金属污染处理的理想吸附剂。为研究太赫兹波技术在水体重金属污染检测的应用前景,实验选取原始秸秆和碱化秸秆分别对重金属离子进行吸附,利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)在室温氮气环境下对原始秸秆样品、碱化秸秆样品、原始秸秆吸附重金属离子样品、碱化秸秆吸附重金属离子样品和碱化秸秆吸附重金属离子解吸后的样品进行光谱测量,秸秆经碱化处理后处于1.75～1.85 THz的杂合吸收峰带吸收系数有明显下降,并伴有肩峰式吸收带后移的现象,在吸附重金属离子后,原始秸秆样品中原有的1.75～1.85 THz杂合吸收带消失,却在1.8～2.05 THz形成了杂合吸收带。碱化秸秆在1.7～2.05 THz呈现复杂的多个肩峰式吸收,而碱化秸秆吸附重金属样品在1.7～2.05 THz呈现平滑的强吸收带,碱化秸秆吸附重金属离子水解吸后吸收谱线近乎平行。结合秸秆及碱化吸附重金属的化学反应过程对吸收谱进行分析,可得到不同组分样品的分子振动及官能团信息,并得到碱化秸秆吸附重金属应为络合吸附和静电吸附两种吸附方式。证明了太赫兹时域光谱技术在水体重金属污染检测中的可靠性和良好的应用前景。     

纳米TiO2预分离/富集FAAS法同时测定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的研究

纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料,具有一系列新异的物理化学特性和一些优于传统材料的特殊性能.其中一点是随着粒径的减小,表面原子数迅速增大,表面原子周围缺少相邻的原子,具有不饱和性,易与其他原子相结合而稳定下来,因而具有很大的化学活性.纳米材料对许多金属离子具有很强的吸附能力,是痕量元素分析较为理想的分离富集材料.文章利用火焰原子吸收法(FAAS)研究了纳米TiO2(金红石型)对Cr(Ⅵ)/Cr(Ⅲ)的吸附性能,并应用于水样中铬的形态分析.吸附体系中pH对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的吸附有很大影响,当pH＞6时,纳米TiO2对Cr(Ⅲ)的吸附率大于90%,而对Cr(Ⅵ)基本不吸附,从而达到二者的分离.pH 6.5微酸性条件下,纳米TiO2吸附Cr(Ⅲ),然后以2mol.L-1HCl洗脱,得到Cr(Ⅲ)的含量,剩余水溶液中测定Cr(Ⅵ)含量.该法测定Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的检出限分别为57和41 ng·mL-1,RSD分别为2.6%和3.4%(2.0μg·mL-1Cr,n=6),Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的线性范围分别为0～9.0和0.1～10μg·mL-1.该法选择性好,大多数共存离子不干扰测定.该法简便快速,用于工业废水、地表水中铬的形态分析,结果较满意.