以暹罗芽孢杆菌为研究对象, 它具有较高的表面积/体积比, 吸附性能良好。 前人关于暹罗芽孢杆菌的研究多集中在它降解纤维素淀粉或抗菌方面, 关于暹罗芽孢杆菌与放射性核素的作用及机制基本未涉及。 利用等离子发射光谱和等离子发射光谱-质谱研究溶液初始pH值、 铀初始浓度、 菌体用量等因素对暹罗芽孢杆菌去除铀的影响及作用过程中菌体释放的生物磷与铀去除的关系； 利用红外光谱和扫描电镜对与铀作用前后的暹罗芽孢杆菌形貌及基团变化进行表征； 利用X射线光电子能谱和扫描电镜能谱分析菌体表面元素分布情况和元素价态, 进而探讨暹罗芽孢杆菌对铀的去除机制。 结果表明, 由于不同pH条件下暹罗芽孢杆菌生长活性、 铀存在形态和磷元素释放量的不同, 其对铀的去除差异很大。 在pH 5.0时, 暹罗芽孢杆菌对铀的去除效果最好。 菌体用量增加有利于暹罗芽孢杆菌对铀的去除。 对实验结果进行Langmuir和Freundlich等温吸附拟合后发现： 暹罗芽孢杆菌对铀的去除行为符合Langmuir等温吸附模型； 铀浓度实验获得的最大吸附量高于理论计算的最大吸附量, 说明暹罗芽孢杆菌对铀的去除可能是物理和化学行为的共同作用。 暹罗芽孢杆菌能够有效去除水体中的铀, 实验获得的最大去除率为96.5%, 最高吸附量为450.3 mg·g-1, 高于大部分已报道的用于吸附铀的芽孢杆菌。 对反应前后菌体的扫描电镜测试发现, 与铀作用后暹罗芽孢杆菌表面出现鳞片状沉淀, X射线光电子能谱和扫描电镜能谱分析表明该沉淀为含磷铀物质。 结合红外光谱分析, 推测暹罗芽孢杆菌去除铀的机制为： 首先, 通过静电作用铀被快速吸引到暹罗芽孢杆菌表面, 随后以配位的形式被菌体上的磷酸基团、 氨基、 羟基、 羧基等活性基团吸附, 同时与菌体释放的含磷酸盐类物质相互作用, 形成含磷铀沉淀而被固定至细菌表面。 在此过程中, 少部分六价铀被菌体释放的胞内物质还原成四价铀而发生沉降。 推测菌体表面沉淀可能为铀的磷酸盐沉淀和含磷化合物与铀的络合物形成的混合物。

电晕放电等离子体技术是近年发展起来的一种新型高级氧化工艺, 因其处理效果好、 操作简单、 占地面积小的特点在印染废水处理领域得到了广泛应用。 目前因大部分有机污染物的降解机理不详, 该技术尚处于探索阶段。 因此, 为了尽早将电晕放电等离子体技术应用于工业印染废水的处理, 不同污染物降解机理的研究对该技术的工业化和产业化应用具有重要意义。 至今, 电晕放电等离子体技术对研究较多的染料的降解效果均较好, 然而, 是否适合所有染料的降解有待进一步研究。 采用电晕放电等离子体技术处理三苯甲烷类染料甲基蓝, 研究了溶液的初始浓度对甲基蓝紫外-可见光谱中芳香环的降解率、 发色基团吸光度变化的影响, 测定了溶液的浓度、 总有机碳(TOC)、 总氮(TN)、 pH值等指标随着放电时间的变化, 并对其相关性进行了分析。 结合紫外-可见光谱(UV-Vis)、 三维荧光光谱(3D-fluorescence)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)三种光谱学手段分析了电晕放电降解甲基蓝过程溶液的颜色、 荧光物质和官能团变化, 分析了电晕放电降解甲基蓝30 min后生成的中间产物。 结果表明: 电晕放电等离子体降解甲基蓝过程, 溶液的浓度随着放电时间的延长逐渐减小, 表明该技术对甲基蓝溶液有一定的降解能力; 降解过程高压电极放电击穿含有大量氮气的空气产生N, NO·, N+2等含氮高活性粒子, 这些粒子通过扩散作用迁移至液相, 使得溶液中TN含量在整个降解过程逐渐升高; 另有部分含氮高活性粒子与钨钢针电极溶出的C元素键合生成发色的CN双键, 使得溶液中的总有机碳在放电5 min时有所升高。 延长反应时间产生的高活性粒子与溶液中的有机物(甲基蓝及中间产物)继续作用, 部分有机物矿化生成CO2, 引起溶液中TOC含量的下降。 电晕放电相同时间内产生的活性粒子数量相当, 增大甲基蓝浓度, 未被降解的甲基蓝分子越多, 导致甲基蓝降解率的减小。 电晕放电过程甲基蓝分子之间的聚合与发色CN双键的生成共同促使甲基蓝发色基团吸光度在放电5 min时达到最大; 且甲基蓝溶液的初始浓度越高, 吸光度(A5-A0)升高的越多。 概括来说, 甲基蓝结构中发色CN双键的存在是电晕放电等离子体降解甲基蓝过程溶液颜色加深再变浅的主要原因。 反应过程羟基自由基的消耗导致放电5 min时溶液的pH值升高; 随着反应的进行溶液中生成的硝酸及小分子酸增强了溶液的酸性, 导致pH值降低。 三维荧光光谱结果表明, 甲基蓝降解过程出现了三类明显的荧光峰, 位于EX/EM=310~320/430~450, EX/EM=240~250/320~340和EX/EM=280/340, 分别代表腐殖酸类物质、 芳香族蛋白质和溶解性微生物代谢副产物。 甲基蓝溶液降解前的荧光物质主要为腐殖酸类, 随着降解时间的延长, 腐殖酸类物质首先降解生成了芳香族蛋白质, 进一步降解产生可溶性微生物代谢副产物。 比较电晕放电前后甲基蓝溶液的红外光谱图和红外分峰图发现, 甲基蓝结构中N—H键3 432.8 cm-1处不对称伸缩振动峰红移了0.3 cm-1, 烯烃和苯环上C—H键2 975.9 cm-1处的伸缩振动峰向高波数偏移了0.5 cm-1, 1 638.7 cm-1处RCHCHR的双键伸缩振动位置蓝移了3.2 cm-1, 芳仲胺的C—N伸缩振动峰1 341.6 cm-1向高波数偏移了1.3 cm-1, 磺酸基SO的伸缩振动峰1 121.1和1 034.3 cm-1分别红移了3.8和13 cm-1, 甲基蓝结构中的环外CC双键与CN双键吸收峰消失, 在1 692.4和1 400.4 cm-1处分别出现了CO和NO的伸缩振动吸收峰, 产生了2,5-环己二烯-1,4-二酮、 对硝基苯磺酸钠和芳香酮类等中间产物。 该结果对于利用电晕放电等离子体技术处理甲基蓝废水具有重要的理论意义和实用价值。

大气颗粒物与微生物共存时的健康效应受到了越来越多的关注。 以大气颗粒物中石英与重金属铅为研究对象， 粉尘浓度为16 g·L-1， 制备载带不同浓度铅高硅质粉尘， 以人体常见菌—大肠杆菌为受试对象， 探讨载铅高硅质粉尘对大肠杆菌细胞壁膜损伤的机理。 采用噻唑蓝(MTT)测定微生物的细胞活力后发现， 与对照组相比， 大肠杆菌与载铅石英粉尘作用2 h后， 细胞活力表现出单一铅离子组大于载铅石英粉尘组， 并且呈现重金属剂量效应。 PI的摄入量测试表明， 高浓度载铅粉尘组中摄入量分别高出对照组36%与46%， 单一重金属组摄入量也有较高的增长， 而激光共聚焦显微镜观察图中， 染毒组均出现不同程度的红色荧光， 可以发现载铅石英粉尘作用后的细菌细胞壁膜通透性明显升高， 利用探针标记， 采取荧光分光光度法测定荧光强度显示胞内和溶液中活性氧逐渐增多， 载铅粉尘组（Q+Pb-2， Q+Pb-3）胞内ROS分别较对照组高出2倍和25倍， 参照前人研究， 发现溶液中ROS变化主要与重金属离子在其表面结合态数量决定。 综合分析， 活性氧在诱使细胞膜损伤过程中起到决定性作用。 红外表征中， 细胞膜表面磷酸二脂基团、 蛋白质甲基振动及酰胺带等基团与载铅石英粉尘作用后均发生明显峰位偏移， 均与载铅粉尘发生较强相互作用， 一定程度上影响细胞壁膜完整性。 综上， 重金属与粉尘共同作用使得细胞膜通透性发生变化， 细胞壁膜的完整性改变， 影响细胞活力， 最终导致细菌死亡， 活性氧及重金属等的作用导致细胞膜的损伤可能是载重金属高硅质粉尘的一种毒性作用机制。

为掌握川西平原保护性耕作模式下还田秸秆腐解过程的光谱学特性, 追溯还田秸秆对川西地区生态系统结构的影响过程, 采集了该地区主要种植作物油菜、 水稻的秸秆样本, 利用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、 三维荧光光谱（3D-EEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）三种光谱学表征手段, 阐明秸秆各腐解阶段溶解性有机质（DOM）的光谱学特征, 对比不同农作物秸秆快速淋溶阶段DOM（0~0.5 d）与腐解过程（0.5~90 d）的光谱学特征差异性, 解析其变化机理。 结果表明: 还田秸秆腐解过程中DOM的光谱学特性差异明显, 伴随着芳香性物质的溶出、 降解以及新生腐殖类物质的形成; 由秸秆快速淋溶阶段释放DOM的E2/E3值最大而SUVA254值最小可知该阶段溶出的物质芳香性和分子量相对较小; 其芳香性组分的溶出主要集中在腐解前期（≤10 d）, 表现于该阶段E2/E3值逐渐减小且SUVA254值逐渐增大, DOM中多糖峰、 芳香C和酰胺峰变弱; 难分解的纤维素、 半纤维素和大分子蛋白质主要在腐解后期被降解; DOM中酚类、 羰基类和羧酸类物质数量增加, 使得DOM与有机污染物、 金属离子的相互作用增强, 进而调节农田土壤中污染物的迁移转化过程。 本研究为川西平原秸秆还田的环境意义提供了基础数据和新证据, 为该地区农业废弃物处理与资源化提供了依据。

以大气颗粒物中的高硅质矿物细颗粒——石英粉尘和重金属离子附载污染物Pb(Ⅱ)为实验材料, 人工制备载铅石英粉尘。 以16 g·L-1的载铅(Ⅱ)石英粉尘及不同浓度的PbCl2染毒大肠杆菌细胞, 观察染毒2 h后对机体的联合氧化损伤效应, 并探讨其对大肠杆菌表面基团及蛋白酰胺I带二级结构的影响。 结果表明, 与Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘作用后, 大肠杆菌细胞活力降低, 胞内活性氧(ROS)及丙二醛(MDA)产生增多、 谷胱甘肽(GSH)含量下降, 引起细菌氧化应激水平的提高； 皮尔逊(Pearson)相关性分析显示载铅石英粉尘的细菌毒性与粉尘中Pb(Ⅱ)可交换态含量成正相关, 载带高浓度Pb(Ⅱ)的石英粉尘组胞内ROS/MDA水平与其单纯石英粉尘组和Pb(Ⅱ)组比较显著增加(p<005)； 重金属Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘对大肠杆菌菌体表面基团的影响主要集中于磷酸二酯基团和表面多糖分子, 采用二阶导、 去卷积和谱线拟合技术对酰胺Ⅰ带特征峰(1 600～1 700 cm-1)进行分峰拟合后发现, 与Pb(Ⅱ)、 载铅石英粉尘(Q-Pb-0, Q-Pb-3)作用后, β-sheets/α-helices的比值由对照组的141分别降低到133, 127和122, 表明细菌表面蛋白质结构发生了变化, 从而可能影响了细菌的生理活动。 研究表明自由基所产生的氧化损伤可能是载Pb(Ⅱ)石英粉尘的一种重要毒性作用机制, 载带Pb(Ⅱ)的复合石英粉尘在致大肠杆菌机体氧化损伤效应方面二者存在一定的协同作用。

采用耐辐射奇球菌活体为生物吸附剂,进行了对水溶液中放射性核素铀的批量吸附实验.主要研究了溶液pH、初始铀浓度对吸附放射性核素铀效果的影响,并通过红外光谱(FTIR)和扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)等手段分析了其吸附机理.结果表明:在pH　5,c0=100 mg·L-1时其吸附效果最佳,而最大饱和吸附量qmax为240 mgU·g-1.结合扫描电镜与能谱分析结果认为,耐辐射奇球菌表面附着了大量的含铀片状结晶物,并且其吸附过程主要以离子交换或表面络合的方式吸附铀.比较吸附铀前后菌体红外光谱图和红外分峰图发现,耐辐射奇球菌吸附铀后的整体谱形有了一定的变化,特别是蛋白质中酰胺基团、羟基、羧基以及磷酸基团等活性基团可能参与了吸附过程,并且在906 cm-1处出现了一个新的峰,此峰为UO2+2的伸缩振动峰.可见,利用具有抗辐射特性的耐辐射奇球菌为生物吸附剂,以期在放射性环境中对放射性核素铀的吸附具有一定的潜在途径。

采用室内水培和静态吸附实验, 研究了水生植物少根紫萍(Landoltia punctata)活体和干粉对水体中U(Ⅵ)的吸附能力, 并对作用过程和机理进行了初步分析。 结果表明: 常温下少根紫萍2.5 g·L-1(FW)活体和1.25 g·L-1(DW)干粉在pH 5下对5 mg·L-1U(Ⅵ)溶液的去除率分别可达78.70%和95.55%。 活体和干粉对U(Ⅵ)的吸附率随pH升高先增大后减小, 在pH 4～5时达到最大, 并随投加量的增加而增大; 随U(Ⅵ)初始浓度增加先增大后减小; 在作用5 min时, 活体和干粉对水体中U(Ⅵ)的吸附率分别为13.90%和79.97%, 在24 h时吸附率均达90%以上, 吸附逐渐趋于平衡。 当U(Ⅵ)初始浓度增加至250 mg·L-1, 活体和干粉对U(Ⅵ)的吸附量分别达到4.05 mg·g-1(FW)和131.76 mg·g-1(DW), 相比Langmuir模型, Freundlich吸附等温方程能较好地描述少根紫萍对U(Ⅵ)的吸附行为, 吸附过程符合准二级吸附动力学方程, r均在0.99以上。 FTIR分析结果表明: 少根紫萍表面含有羟基、 羧基、 氨基、 磷酸基等多种活性基团; SEM-EDS表明少根紫萍活体与水体中U(Ⅵ)作用48 h后, 大量片状无机磷酸铀晶体在其根系表面生成, 结晶主要由P, O, U元素组成, 不含C, 其中P和U的质量百分比分别为8.76%和82.53%, 原子百分比分别为25.19%和30.89%, 而对照组P的质量百分比和原子百分比仅为0.24%和0.11%, 干粉未观察到类似晶体存在。 XPS分析结果表明: 活体吸附后, 部分U(Ⅵ)被还原为U(Ⅳ), 而干粉吸附的铀主要以U(Ⅵ)形式存在。 由此推断, 少根紫萍干粉对U(Ⅵ)的吸附主要通过静电吸引, 离子交换, 络合配位等方式实现; 活体对U(Ⅵ)吸附的同时还存在还原和矿化的过程, 在U(Ⅵ)胁迫下活体根系表面会分解释放出无机磷酸根, 与吸附的U(Ⅵ)及部分被还原的U(Ⅳ)结合矿化为难溶的氢铀云母。

为了定量检测石英粉/磷酸盐缓冲溶液体系中极低浓度的羟自由基(·OH), 依据对苯二甲酸(TA)在pH中性的缓冲溶液中与羟自由基反应生成唯一稳定且具有很强荧光特性的产物即2-羟基对苯二甲酸(HOTP), 本文建立了滤液最大激发/发射波长EXmax/EMmax=316 nm/422 nm处的荧光强度与HOTP浓度关系的标准曲线, 通过检测石英粉与缓冲溶液作用之后滤液的荧光强度, 从而间接测定了体系产生的·OH累积浓度。 通过重复试验并分析五个不同实验条件下体系产生的·OH累积浓度, 最小检出限达到1.59×10-10 mol·L-1, 相对偏差为1.20%~7.89%, 标准偏差为1.09×10-9~2.17×10-9 mol·L-1, 相对标准偏差为3.5%~5.8%, 说明该方法具有较高的精确度和较好的重复性。 该方法可用于定量检测pH中性溶液中极低浓度的·OH, 与其他方法相比, 具有明显的检测限低、 成本低、 灵敏度高、 稳定性和重现性好等优势。

以梧桐树叶粉末为吸附剂, 通过静态吸附实验, 利用FTIR, SEM, XRD, XRF等手段, 研究了梧桐树叶对铀的吸附行为及其可能存在的机制。 结果表明: 梧桐树叶对铀有较强的吸附能力, 吸附率和吸附容量分别可达96%和19.68 mg·g-1。 吸附行为符合准二级动力学方程和Freundlich等温线方程。 吸附过程中, 铀通过静电作用被快速吸引到梧桐树叶表面, 干粉中的羟基、 羧基和酰胺Ⅱ带等官能团可能与铀发生络合或配位反应; 吸附后, 梧桐树叶干粉表面由疏散多孔的不规则分布状态变成致密平整的结构, 以SiO2为主的纤维素特征峰减少, Ca和Na的元素含量增加, Mg的元素含量相对减少, 并在吸附后的干粉中检测到铀的存在。 推测在梧桐树叶对铀的吸附行为中既有物理吸附又有化学吸附, 表现为静电吸引, 络合配位及离子交换共同作用的机制。