大肠杆菌对环境纳米颗粒及重金属铬共迁移的影响机制研究

来源 :苏州科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:blackcat
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
“生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计”—经济飞速发展的今天,工业企业迅速崛起,这也造成了一系列污染问题的加剧。塑料制品的广泛使用和工业生产中大量含铬废水的排放,导致土壤和地下水中微塑料和重金属污染问题日益突出,严重威胁到生态系统的平衡。纳米铁(Iron Nanoparticles,nFe)因其无可比拟的高反应活性和独特的吸附还原性能,广泛用于修复土壤和地下水中六价铬(Cr(VI))污染。将nFe颗粒直接注射到污染羽位置的原位修复因其具有经济可行性受到越来越多的关注,而nFe颗粒能否迁移到靶向区域成为研究重点。同样微/纳塑料(Micro/Nano-plastic,NPs)作为污染物会因外力作用发生迁移,并在迁移过程中发生沉积并通过生物富集最终影响生态系统的安全。因此,有必要研究作为污染物的NPs和作为环境修复剂的nFe在复杂环境体系中的相关迁移行为和潜在机制。由于土壤环境中含有微生物、粘土矿物和磷酸盐等复合影响因素,NPs和nFe在复杂土壤基质中的迁移性还不了解。本论文以大肠杆菌和磷酸盐为主要环境影响因子,研究其对纳米塑料颗粒和纳米铁颗粒在多孔介质中迁移与滞留行为的影响。通过迁移柱实验、Zeta电位和水力学半径的测量、吸附动力学和吸附平衡实验等探究纳米塑料颗粒和纳米铁颗粒的迁移机制。采用两点动力学模拟两种环境纳米颗粒在不同体系中的穿透曲线,进一步解释其迁移行为。最后,通过研究nFe颗粒与重金属铬共迁移,揭示纳米铁修复Cr(VI)的机理并为实际工程应用提供理论指导。通过实验得到的结论如下:(1)探究土壤或水环境中大肠杆菌和磷酸盐对两种尺寸的NPs迁移行为的影响。通过临界凝聚浓度实验探究NPs颗粒的稳定性,结果表明,20 nm相对于80nm的NPs具有更好的稳定性。由于NPs对磷酸盐没有吸附作用,磷酸盐存在时会增强溶液中的离子强度,使NPs更易发生团聚,从而抑制NPs的迁移;当单独大肠杆菌存在时,NPs颗粒由于吸附大肠杆菌因此携带更多的负电荷,且大肠杆菌会沉积在石英砂表面占据石英砂的吸附位点,因此使得NPs的迁移性增加。在200 m M Na Cl溶液中,当大肠杆菌与磷酸盐共同存在时,由于大肠杆菌吸附磷酸盐,80 nm的NPs迁移率与单独大肠杆菌存在时的迁移率一致;而20 nm占据大肠杆菌吸附位点,磷酸盐不被大肠杆菌吸附因而增加了溶液的离子强度,NPs的迁移率降低。在1 m M CaCl2浓度中,由于20 nm和80 nm对大肠杆菌团聚性的不同,造成大肠杆菌对磷酸盐的吸附量也不同,大肠杆菌和磷酸盐共同存在时对20 nm的NPs迁移抑制作用更显著。两点动力学模型则为NPs迁移曲线提供了很好的解释。(2)研究大肠杆菌和磷酸盐存在对nFe颗粒在不同环境体系下迁移行为的影响。迁移实验发现nFe颗粒的迁移率随着离子浓度的增加而减少,且在相同离子浓度条件下,nFe颗粒在pH 8.0时迁移性更好,这与碱性条件下胶体颗粒表面由于压缩双电层的作用而携带更多负电荷有关。大肠杆菌在不同pH条件下对nFe颗粒迁移的影响不同,在pH 6.0时,大肠杆菌使nFe颗粒表面携带更多负电荷因此促进迁移,而在pH8.0时,nFe颗粒与大肠杆菌相互团聚成较大的团聚体,堵塞住石英砂孔隙造成nFe颗粒迁移率的降低。同样磷酸盐在pH 6.0时促进了nFe的迁移而在pH 8.0时抑制了nFe的迁移,这与nFe颗粒在不同pH条件下对磷酸盐的吸附不同所造成的。且nFe颗粒、大肠杆菌和磷酸盐三者之间存在竞争吸附的关系,当大肠杆菌和磷酸盐同时存在时,在pH 6.0条件下,nFe颗粒吸附磷酸盐,促使更多nFe颗粒迁移出石英砂柱;而在pH8.0条件下,大肠杆菌优先吸附磷酸盐,使大肠杆菌不易沉积在石英砂上,导致更多的nFe颗粒滞留在石英砂上,造成nFe颗粒出流降低。(3)选用大肠杆菌和磷酸盐作为影响因子,研究nFe与铬共迁移的影响机制。通过探究在不同pH条件下nFe与Cr(VI)的共迁移行为,从而研究nFe修复重金属后稳定性。发现在酸性环境中(pH 2.2),nFe去除Cr(VI)的效率显著大于在中性条件(pH 6.0)下。在酸性条件下,大肠杆菌由于与nFe颗粒发生团聚,抑制了nFe的迁移,并降低了nFe对Cr(VI)的还原。而在中性条件下,大肠杆菌虽然同样抑制了nFe迁移,但由于大肠杆菌对Cr(VI)的吸附作用,略微促进整个体系下对Cr(VI)的去除。磷酸盐存在同样抑制了nFe颗粒的迁移,且促进了nFe颗粒对Cr(VI)的还原作用。当大肠杆菌与磷酸盐同时存在时,nFe的迁移仍然受到抑制。进一步研究了在不同体系下nFe颗粒与Cr(Ⅲ)共迁移的影响机制。发现大肠杆菌与磷酸盐共存时皆抑制nFe的迁移,且单独大肠杆菌存在时同样抑制Cr(Ⅲ)的迁移,而磷酸盐存在时,由于其与Cr(Ⅲ)发生竞争吸附,导致Cr(Ⅲ)没有被nFe颗粒吸附,因此以离子态的形式迁移出柱,进而促进了Cr(Ⅲ)的迁移性。
其他文献
连柱钢框架结构是一种通过可替换耗能连梁实现恢复使用功能的结构体系,在地震作用下结构损伤集中在耗能连梁处而使其它主要承重部位不发生破坏。目前国内外对连柱钢框架结构的研究主要集中于整体框架的抗震性能和耗能连梁的可替换性,对连柱钢框架结构在局部火灾下的力学性能研究还相对较少。常规抗火试验主要以构件抗火性能研究为主,保持恒定的边界条件未能考虑周围非受火构件对受火构件的约束效应,造成一定误差。抗火混合试验能
在科技快速发展的今天,太阳能、风能、潮汐能等可再生能源开始进入大众的视野。因其具有成本低、污染小和取之不尽等优点,开始逐渐显示出广阔的发展前景,其中,利用太阳能的光催化技术发展较为迅猛。光催化技术即光催化剂充分的利用太阳能生成可降解水体中污染物的羟基自由基。目前单一成分光催化材料的发展受到较多限制,已经无法满足实际需求,因此对多成分复合光催化体系的研究应运而生。Zn O-Cu O、Zn O-Co3
装配式楼盖系统(Pre-fabricated Floor System,简称PFS)是一种新型装配式桁架梁组合楼盖系统。该楼盖系统是由桁架梁、次梁和压型钢板-混凝土组合楼板三部分组成,因施工非常方便、安装快速,工程中应用较多。但目前对于桁架梁组合楼盖系统的受力性能并不明确,工程应用仍存在一定安全隐患。基于此,本文对装配式轻钢桁架梁楼盖系统,采用单向加载,评估其竖向承载力及动力性能。本文采用试验研究
在强震作用下,建筑结构倒塌往往是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。因此,结构抗震倒塌研究是必须关注的重点之一。合理的抗震倒塌判断准则可以定量地描述结构破坏情况,能够更深入地研究结构的抗倒塌能力。目前,国内外提出了一些结构抗震倒塌判别标准,例如:变形倒塌准则、刚度倒塌准则和双参数倒塌准则等。实际应用中,结构倒塌的判别标准还存在局限性,建立一个新的结构倒塌判断准则是必要的。刚度作为结构或构件自身抵抗变
深厚软土土质较差,开挖量大,会导致基坑在开挖过程中变形量增大。工程实践和相关科研成果表明,基坑主动区与被动区加固可有效减少基坑的变形。本文以昆山深厚淤泥质土超宽地铁深基坑时代大厦站为背景,通过监测数据分析和ABAQUS有限元分析,研究了基坑被动区与主动区加固对基坑变形的影响规律。为类似工程的变形控制提供参考。主要工作和结论如下:(1)介绍了昆山地铁基坑时代大厦站的工程概况、监测方案、且对该地铁西基
苯二酚是一类典型的环境有机污染物,它包含对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RS)三种异构体,且三者对水质安全和人体健康都具有极大的危害作用。但由于它们组成、结构及理化性质十分相似,且在水环境中常常共存,因此对于苯二酚异构体的鉴别和定量测定已成为环境工作者面临的一项严峻挑战。此外,由于苯二酚异构体对生物机体的毒害作用不尽相同,因此急需寻求一种便捷高效的方法对三种异构体进行同时检测。鉴于此
扭转体型建筑是社会经济迅速发展的产物,具有极高的审美价值。但是建筑结构设计应当尽量简单、规则,因此扭转体型建筑对结构设计提出了更高的要求。为了研究扭转体型框架-核心筒结构的整体性能特点,本文对扭转体型结构的力学简化模型进行理论分析,并建立扭转体型和非扭转体型的20层结构整体模型进行对比分析。论文的主要工作如下:1)通过对扭转体型结构简化模型力的分解推导出楼面扭矩的计算公式,利用有限元分析软件ETA
为研究型钢混凝土梁(steel reinforced concrete beam,SRCB)受扭性能,设计了34根试件,其中8根为纯扭作用下倒L形型钢混凝土梁,其余试件分别为14根弯扭复合受力和12根弯剪扭复合受扭作用下的型钢混凝土梁。通过对试件进行设计、加载,获取主要试验数据,从而对试件进行破坏形态描述和主要影响因素分析,最后提出对实腹式(SSRCB)和空腹式(ASRCB)型钢混凝土梁的开裂扭矩
铬(Cr)是引起严重的全球环境污染的常见微量金属之一,主要以金属铬、三价铬(Cr(III))和六价铬(Cr(VI))的形式存在于环境中,其中六价铬(Cr(VI))的毒性和危害最大,Cr(VI)可以在土壤和地下水中累积,并通过食物链将其转移给人类,因此,修复环境中的Cr(VI)至关重要。作为一种有效的修复材料,具有典型核壳结构的纳米零价铁(nZVI)可以与各种环境污染物发生反应。但是,nZVI易被氧
本文在已有的混凝土植筋结构理论及混凝土植筋试验研究的基础上,对混凝土植筋界面粘结破坏的粘结-滑移性能,较全面的进行了胶-混和胶-筋界面粘结滑移本构关系试验研究、及考虑双重界面粘结-滑移性能的有限元计算分析。为了研究混凝土植筋结构胶-混界面粘结-滑移本构关系,设计了较为完善的高强混凝土植筋无约束推出试验。通过6个混凝土植筋试件进行试验对比,结合平均粘结强度理论,回归出了植筋结构胶-混界面在各相关参数