水泥固化重金属污染膨胀土物理性质试验研究

重金属污染对生态环境和工程安全均造成严重不利影响,而对重金属污染膨胀土的固化研究还处于初级阶段。采用南阳地区膨胀土,通过室内添加硝酸铅和硝酸镉溶液分别配制3种不同浓度的重金属污染膨胀土,并采用水泥进行固化。在不同的水泥固化剂掺量下,对固化的重金属污染膨胀土进行击实、液塑限和自由膨胀率试验研究。比较分析干密度、自由膨胀率和液塑限随重金属浓度、水泥掺量的变化规律。试验表明,随着重金属Pb、Cd浓度的增加,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率增大,而液塑限降低;掺入水泥后,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率随着水泥掺量的增加而降低,液塑限提高,并且水泥对铅污染膨胀土的固化效果优于镉污染膨胀土。     

锌污染土固化处理实验研究

利用不同固化剂处理人工制备的锌污染土,测定固化体的无侧限抗压强度,以评估固化体回收再利用的可能性;采用美国环保署毒性浸出程序(TCLP)进行毒性浸出实验,以评价固化剂的锌污染土壤的固化效果.结果表明,生石灰对于锌离子污染土的修复具有良好效果.加入生石灰后,固化产物强度得到了很大的提升,同时锌离子的浸出质量浓度也大幅下降,其中利用生石灰掺量(质量分数)最大的C5S5(5%水泥+5%生石灰)固化剂修复的锌污染土得到的锌离子浸出质量浓度最小值仅为3.95mg.L-1.实验证明高吸附性粘土矿物的加入也可以改善固化剂的固化效果.     

4A和13X分子筛去除水中重金属Cd2+及其吸附性能研究

以4A和13X分子筛为吸附材料,考察废水pH值和Cd²⁺初始浓度等对Cd²⁺去除率的影响,并研究了分子筛对Cd²⁺的吸附性能。结果表明,4A和13X分子筛投加量为0.16g/L、废水pH值为5、Cd²⁺浓度为20mg/L时,Cd²⁺去除率达到95%以上;分子筛对Cd²⁺的去除机理以离子交换吸附为主,交换出来的Na⁺与分子筛吸附的Cd²⁺摩尔浓度比为2;在吸附热力学和动力学方面,4A和13X分子筛均符合Langmuir吸附等温模型和Lagergren二级速率方程,计算的饱和吸附容量Q₀分别为150.15、163.67mg/g,二级反应速率常数K₂分别为2.45×10-3、3.96×10-4 g/(mg·s)。该吸附反应是一种单分子层反应速度较快的化学吸附过程。     

新型废渣基固化剂修复污染土镍锌扩散特性研究

评估了转炉钢渣-电石渣-磷石膏(BCP)固化剂对工业污染场地土中固化稳定后重金属污染物迁移参数的影响。通过自主研发的一维柱状扩散试验装置,结合菲克定律理论与Pollute V6.3计算程序,对比了重金属镍、锌污染土固化稳定化前后的有效扩散系数和分配系数。结果表明,BCP固化剂的添加使得Ni和Zn有效扩散系数降低约2个数量级,而分配系数显著提高2个数量级。添加固化剂的试样重金属Ni和Zn的分配系数分别为污染土的169和175倍。BCP固化剂能够明显提高污染土的环境安全性。     

水泥固化锌污染土的力学性质变化规律分析

基于室内试验,分析了水泥掺量和锌离子浓度对水泥固化锌污染土力学性质的影响规律;并根据试验结果得到了其黏聚力、内摩擦角和压缩系数变化规律的经验公式。研究表明:锌离子浓度一定时,固化体黏聚力随着水泥掺量的增大而不断增长,二者呈指数函数关系。当锌离子浓度达到1%时,水泥掺量的提高并不能显著提高黏聚力。水泥掺量一定时,其黏聚力随着锌离子浓度的增大而减小。固化体内摩擦角呈现与其相似的变化规律,而压缩系数则随着水泥掺量的增大而减小。     

磷酸镁水泥固化铜污染土的工程特性

为研究不同水泥固化重金属污染土的处理效果和工程特性,取掺重金属铜的高岭土作为研究对象,考虑磷酸镁水泥(magnesium phosphate cement,MPC)掺量、养护龄期、初始铜离子浓度三种因素,研究了MPC固化后重金属铜污染土的固化效果及特性.基于无侧限抗压强度试验和扫描电镜试验,分析了三种因素对固化铜污染土的强度和微观结构的影响,并得到固化土抗压强度与内部孔隙所占百分比之间的关系.无侧限强度试验结果表明,MPC固化铜污染土的效果显著;随着MPC掺量的增多和养护龄期的增长,固化土的抗压强度增大;随着初始铜离子浓度的增大,固化土的抗压强度减小,且当污染土中铜离子浓度过高时,固化效果降低.微观试验结果表明,固化过程中既有物理包覆又有化学反应,随着MPC掺量的增多、养护龄期的增长,固化土的孔隙百分比降低,结构变得更加致密,随着初始铜离子浓度的增大,孔隙所占百分比增大,土体结构变得疏松,固化土体强度降低.     

镍渣表面理化特性及对Pb2+、Cu2+的吸附研究

利用多种表征手段对镍渣的组成和表面特性进行分析,证实了镍渣具备吸附废水中重金属的能力。本实验所采用的水淬二次镍渣中含有含量较高的SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等活性成分,且具备由不同聚合度的Si-O四面体、Al-O四面体或Al-O八面体组成的岛状、链状或网状骨架结构,能够通过离子交换和专性吸附去除溶液中的重金属离子。此外,镍渣粉体表面的碱中心可以为金属阳离子提供有效的吸附位点,且表面在pH=4~12的范围内均带负电,这些都有利于金属阳离子的吸附。镍渣粉体对模拟废液中的Pb²⁺、Cu²⁺吸附实验结果显示,其对废液中的Pb²⁺、Cu²⁺均表现出较好的吸附效果,且对Pb²⁺表现出更好的选择性吸附效果。     

镍渣表面理化特性及对Pb2+与Cu2+的吸附研究

利用多种表征手段对镍渣的组成和表面特性进行分析,证实了镍渣具备吸附废水中重金属的能力.实验所采用的水淬二次镍渣中含有含量较高的Si O2、Al2O3、Ca O、Mg O等活性成分,且具备由不同聚合度的Si-O四面体、Al-O四面体组成的骨架结构.此外,镍渣粉体表面的碱中心可以为金属阳离子提供有效的吸附位点,且表面在p H=4~12的范围内均带负电,这些都有利于金属阳离子的吸附.镍渣粉体对模拟废液中的Pb2+、Cu2+吸附实验结果显示,其对废液中的Pb2+、Cu2+均表现出较好的吸附效果,且对Pb2+表现出更好的选择性吸附效果.     

表面改性活性炭的制备及其去除污水中Cd~(2+)的试验研究

以花生壳生物质炭(PSB)为原料,采用KOH活化法制备了比表面积为461 m2·g-1的花生壳活性炭(K-PSB),利用氮气吸附脱附等温线、SEM等对样品进行了表征,并将孔隙结构发达的花生壳活性炭用于重金属Cd2+的吸附,考察反应时间、溶液p H值、花生壳活性炭的投加量等对Cd2+吸附的影响。结果表明:随着吸附时间的推移,Cd2+的吸附量逐渐增加直至达到平衡,当Cd2+浓度为50 mg·L-1,PH值等于6,投加量为1 g·L-1时,花生壳活性炭对Cd2+的吸附效果最佳;该吸附是一个吸热反应,随着温度的增加,吸附量逐渐增大。     

水泥固化锌污染黄土力学特性试验研究

聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题,探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力-应变特性,以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象,考虑水泥掺量和养护龄期的影响,进行无侧限抗压强度的系列试验,分析其应力-应变曲线、无侧限抗压强度、破坏应变、变形模量的变化规律,进而构建水泥固化锌离子污染黄土在无侧限条件下的应力-应变本构模型。研究表明,经水泥固化后的锌离子污染黄土应力-应变曲线为强软化型,试样呈脆性破坏,可分为弹性、弹塑性、应力下降、残余稳定4个阶段;随着养护龄期、水泥掺量的增加,无侧限抗压强度增大,破坏应变基本呈现减小趋势;变形模量与无侧限抗压强度呈现非线性关系;构建的考虑养护龄期、水泥掺量影响的应力-应变本构模型,可准确描述水泥固化锌离子污染黄土单轴压力下的变形全过程。     

固化/稳定化重金属污染土力学及浸出特性试验研究

为解决传统固化剂在固化/稳定化法处理重金属复合污染土和重度污染土方面存在的不足,研发了一种新型固化剂。以人工制备的Pb、Cd、Cu复合重金属污染土壤为研究对象,开展了室内无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验。在此基础上分析了固化体力学特性、浸出特性等随养护龄期、污染土粒径、重金属污染水平的变化规律。以某金矿区三处重金属污染土壤为治理对象,开展了相关测试,验证了新型固化剂对于重金属污染土的固化效果。研究表明：新型固化剂对于复合重金属污染土和重度污染土的效果较好;固化体无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增大,随重金属污染水平、污染土粒径的增加而降低,固化体强度达17.35-33.45 MPa,均能满足固废填埋标准及建筑材料强度要求;重金属浸出浓度随养护龄期的增加而降低,随着污染土粒径和污染水平的增加而增加,浸出浓度均远低于（<0.1%）浸出安全标准限值,固化率>99.99%。所研发的高效重金属污染土固化剂,可用于重金属污染场地的固化修复及资源化利用。     

Zn2+对果蝇生育力和寿命及抗氧化能力的影响

为了研究Zn~(2+)对果蝇生育力和寿命及抗氧化能力的影响。以黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)为研究动物,用生存实验来考查不同浓度的Zn~(2+)处理果蝇,研究果蝇F1-F4代生育力和寿命的变化,雌、雄果蝇数量的变化,抗氧化酶SOD、CAT的活力及MDA含量的变化。结果显示:添加Zn~(2+)浓度为1.0 g/mL可以使F1-F4代雌、雄果蝇世代生育力增强,寿命延长,而在Zn~(2+)浓度为2.0×10-3g/mL时果蝇体内MDA含量大量积累,SOD和CAT活性急剧降低,使果蝇提前衰老、死亡并且降低或丧失生殖能力,而Zn~(2+)对果蝇性别分化影响不大,总体接近于1:1。因此,适当浓度的Zn~(2+)可以延长果蝇寿命,增强其生殖力,提高抗氧化能力。     

13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料吸附Zn~(2+)的研究

以13X分子筛和天然黏土矿物凹凸棒土为原料,制备了13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料,并借助扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等对复合材料结构与形貌进行表征,考察了不同煅烧温度及不同Zn~(2+)浓度条件下13X分子筛/凹凸棒土颗粒型复合材料对水中Zn~(2+)的吸附行为。结果表明,煅烧温度为550℃时,所制复合材料孔隙结构发达且抗压强度高、吸附性能好;吸附过程符合拟二级动力学,等温吸附实验数据符合Langmuir模型,复合材料对Zn~(2+)的最大吸附量可达99.01mg·g-1;吸附速率的主要控制步骤为颗粒内扩散,此外,吸附过程中同时存在离子交换和化学沉淀。     

过渡金属离子(Fe~(3+),Co~(2+),Ni~(2+))和UO_2~(2+)与不同取代基偕胺肟络合机理的理论研究

偕胺肟基对铀酰离子具有很强的络合能力及较高的选择性,目前已成为海水提铀吸附材料研究的热点.本文运用阿姆斯特丹密度泛函(Amsterdam density functional,简称ADF)方法研究了UO_2~(2+)、Fe~(3+)、Ni~(2+)、Co~(2+)与不同取代基(—OH,—NH_2,—H,—F,—CF_3)偕胺肟的络合反应.密度泛函理论(density functional theory,简称DFT)对这些配位化合物的几何结构进行优化和相关热力学参数的计算与收集.从键能强弱方面分析,不同取代基偕胺肟螯合的基本趋势都是Fe~(3+)最稳定的,而UO_2~(2+)螯合是最不稳定的.从热力学角度分析,表明偕胺肟最容易与UO_2~(2+)和Co~(2+)进行螯合,而取代基为—CF_3的偕胺肟最难与UO_2~(2+)和Co~(2+)进行螯合.在液相环境中不同取代基偕胺肟与UO_2~(2+)和Co~(2+)离子螯合的稳定顺序均为—NH_2—OH—H—F—CF_3.在η2构型中,偕胺肟比其他取代基偕胺肟更稳定,其中UO2+2与氨基偕胺肟螯合过程中的ΔG(吉布斯自由能变)最低为-646.65 k J/mol.     

电石渣/偏高岭土固化铜污染土淋滤特性试验

针对不同配比的电石渣/偏高岭土固化铜污染土,进行毒性浸出试验(TCLP淋滤试验),分析固化剂掺量对淋滤特性的影响规律,优选确定了电石渣和偏高岭土固化铜污染土的最佳配比,对类似实际工程具有借鉴意义.结果表明,电石渣掺量增加会使浸出液pH增加而Cu~(2+)浓度下降,但当电石渣掺量超过9%以后滤出液的Cu~(2+)浓度则无明显改变;偏高岭土掺量增加会使滤出液pH略微下降,而Cu~(2+)浓度先下降后上升.基于试验结果,优选电石渣掺量为10%、偏高岭土掺量为5%时,地聚合物对2%铜污染土的固化/稳定化效果最好.     

含Sr2+和Bi3+有机杂化体的合成及其光降解罗丹明B

采用溶剂热法在N,N-二甲基甲酰胺溶液中合成了不同摩尔比例的SrCl_2和Bi(NO_3)_3(分别为5%,10%,30%,50%,80%)与对苯二甲酸形成的含Sr~(2+)和Bi~(3+)有机杂化体,并在紫外可见光照射下对其进行了罗丹明B降解活性的评价.结果表明:杂化体在紫外可见光下对RhB降解活性良好,其中SrCl_2摩尔比例10%掺杂的催化剂光降解活性最佳,这归结于其在紫外区域对光有很好的吸收及光生电子和空穴能有效地分离.双金属离子能协同调节有机杂化体的光催化活性.     

Bi~(3+)/Yb~(3+)共掺GdVO_4近红外发光性能研究

使用高温固相法制备了一种新的Bi3+,Yb3+共掺杂GdVO4量子裁剪近红外发光材料,该材料在波长为250~400nm的紫外光激发下发射出很强的近红外光(900~1100nm).由于体系中Bi3+离子的引入,相对于Gd0.9Yb0.1VO4,Gd0.87Yb0.1Bi0.03VO4在989nm处的近红外发光强度提高近120%,且其激发峰也从323nm红移至341nm,整个激发谱带更宽,更有利于实际应用.由于Yb3+离子既可以利用基质中的VO3-4电荷迁移态跃迁的能量,也可以同时利用Bi3+的1S0-3P1能级跃迁传递能量,相对于目前报道的理论量子裁剪效率最高的YVO4:Bi3+,Yb3+,GdVO4:Bi3+,Yb3+无论其近红外发光强度还是可见光发光强度强度皆有提升,是一种很有希望的紫外宽带激发近红外发光材料.     

Eu~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能的研究

通过溶液法制备了不同铕(Eu3+)掺杂量Ti O2纳米颗粒(Eu3+/Ti O2),利用XRD、TEM、XPS对其进行了表征.在可见光照射下,以光催化降解常用的工业染料为目标反应,探讨了Eu3+掺杂量、催化剂用量、溶液p H值和催化剂重复利用对催化活性的影响,以优化光催化条件.结果表明:煅烧温度为500℃,Eu3+/Ti O2光催化剂晶型为锐钛矿型,其晶粒尺寸为14 nm;Eu3+离子的最佳掺杂摩尔比r(Eu3+︰Ti O2)=3%,样品加入量为1.25 mg/m L,p H=10.75时样品光催件性能最佳;其3次循环降解甲基紫,60 min内降解率仍保持在约96%,说明Eu3+/Ti O2光催化剂具有良好的稳定性.