分子动力学模拟金属(V、Nb、Ta)的热膨胀

根据分子动力学（MD）方法，从原子尺度上研究了难熔金属V、Nb、Ta在各自熔化温度下的热膨胀和晶格常数随温度的变化，所得结果与已有的实验值相吻合，并从微观方面探讨了热膨胀产生的内在机制及其对金属熔化过程的影响．     

分子动力学研究难熔金属(V、Nb和Ta)熔点

根据分析型嵌入原子模型(MAEAM)和分子动力学(MD)方法,在NPT系综条件下从原子尺度上研究难熔金属V、Nb、Ta的内能、结构、密度等物理量随温度变化,并根据各物理量随温度突变得出3种金属晶体熔点分别为(2 180±20) K、(2 820±20) K、(3 280±20) K,所得到的结果与已有实验值吻合.本文根据径向分布函数随温度变化,从微观方面探讨金属熔化过程及其引起它们熔化原因,为进一步研究金属在高温条件下特异性能打下了基础.     

真空断路器分断金属液桥形成的数值模拟

为研究高压真空断路器触点分断电弧的产生机理,考虑触点表面微观形貌,建立真空环境下铜触点电接触的几何模型和数学模型。数值模拟真空断路器分断时金属液桥的形成过程,其中金属液桥的熔化电压与铜材料的熔化电压近似相等,证明建立仿真模型的正确性。得出金属液桥形成中的温度分布及熔化相变体积变化;探究触点初始分断电流、表面粗糙高度及初始接触压力对金属液桥形成的影响。数值计算结果表明:金属液桥的电势差由电接触位置向电极两边逐渐减小;模型最高温度出现在电接触位置;金属液桥的形变受热膨胀力与表面张力共同作用,随着熔化相变体积的增大,影响金属液桥形变的主导因素从热膨胀力逐渐过渡为表面张力,因此其形状由最初的圆柱形变为哑铃型;金属液桥熔化所需时间随触点初始分断电流和触点表面粗糙高度的增大而减小,随触点初始接触压力的增大而增大。为进一步研究真空金属蒸气电弧的形成机理及提高断路器的可靠性和寿命提供理论支持。     

MOF-74(Zn,Ni)的各向异性负热膨胀

金属有机框架材料(MOF)结构简单、孔径大,在分离、催化、吸附等领域有很好的应用前景,其结构的柔软性和可调性为MOF的热膨胀调控提供了可能。以MOF-74(Zn, Ni)化合物为研究对象,通过变温X射线衍射研究晶体结构,发现化合物在a(b)方向上表现出负热膨胀,而在c轴方向表现出正热膨胀。在(373～448)K的温度区间内,Zn-MOF-74表现出体积的正热膨胀,Ni-MOF-74则因更强的a轴负热膨胀而表现出体积的负热膨胀,这说明金属中心对负热膨胀具有显著影响。同时,负热膨胀起源于配体的桥链结构单元横向热运动。     

球形金属纳米颗粒熔化温度、熔化熵及熔化焓的尺寸效应

根据结合能的键能模型,研究了球形金属纳米颗粒熔化相关热力学量的尺寸效应.在该模型中引入3个因子:晶体致密度k因子(晶胞中原子总体积与晶胞体积的比值);β因子(晶体中表面原子与内部原子结合能的比值)和qs因子(晶面被表面原子占据的比值).在考虑上述因子后,通过模型预测具有自由表面球形金属纳米颗粒的熔化温度、熔解熵、熔解焓等热力学量的尺寸依赖性,并将所得结果与相关实验数据、分子动力学模拟结果、液滴模型以及前人提出的模型进行了比较.结果显示,对于Au和Al纳米粒子熔化温度的尺寸效应,该模型相比之前的模型更接近实验结果,与Ag和Cu纳米粒子熔化熵与熔化焓的分子动力学结果吻合较好.     

新金属间化合物YAl0.27Ge2热膨胀特征的研究

用高温X射线粉末衍射技术在298K~773K的温度范围内研究了新金属间化合物YAl0.27Ge2的热膨胀特征,测定了化合物的相关平均热膨胀系数.数据表明,该化合物的热膨胀特征是各向异性的.     

球形金属超微粉生长为针状金属超微粉工程温度的理论分析

本文从理论上分析推导了球形金属超微粉生长为针状金属超微粉的工程温度。随着金属超微粉粒度的减小，熔化临界点要向低温方向移动，当粉粒径接近十几个纳米时，无论在任何温度下，超微粉表面都表现出液体的性质，固相性质已不复存在，这也是金属超微粉容易凝结不易分散的原因。     

高压下金属Mo熔化性质与其熔化结构的理论研究

本文采用分子动力学结合镶嵌原子势方法研究了高温高压下金属Mo的熔化性质.详细分析了Mo的熔化曲线并给出了熔化曲线T-P(温度-压强)方程,计算得到了Mo的等温压缩曲线和等压曲线.理论上获得Mo在常压下的平衡点温度为2695K,与其他实验和理论数据都符合的很好.同时我们还通过径向分布函数和HA指数研究了Mo在熔化过程中的结构变化情况.     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

泡沫金属/翅片填充管蓄热性能的实验研究

为了研究蓄热装置内填充复合相变材料后的蓄热性能,设计了一种填充通孔泡沫金属和环形翅片的圆柱形蓄热罐,搭建了固液相变储热实验系统,并基于此系统对其熔化过程进行了实验研究、记录了相变材料内的实时温度响应数据。研究结果表明,与泡沫金属管相比,泡沫金属/翅片管加速了石蜡的熔化过程,缩短了整体相变时间;在实验工况下,完全熔化时间减少16.7%;然而,翅片的加入会加速顶部石蜡的熔化,但会抑制底部石蜡的熔化,使得石蜡内部不同高度间的温差扩大、温度均匀性降低;此外,通过提高流量可以显著增强装置的蓄热响应速度,提高最终稳定温度。     

造纸污泥焚烧中Zn/Cu/Ni/Mn的热力学平衡分布

采用化学热力学平衡分析方法,应用造纸污泥实测数据预测了其焚烧中重金属(Ni、Mn、Zn和Cu)的迁移和转化规律.研究结果表明,考虑矿物质存且在低温条件下,造纸污泥焚烧中重金属Ni和Zn易与Fe2O3结合形成稳定的固体化合物,从而抑制了Ni和Zn的挥发性,而对Mn和Cu没有影响.焚烧温度为400—1800K范围内有矿物质存在条件下,Mn未出现其气体产物,而其他三种金属在高温条件下则以其气态单质或气态氧化物挥发进入大气环境.焚烧过程中只有小部分气态CuCl生成,未见其它气态金属氯化物;在焚烧温度为400—1800K条件下未发现金属硫化物或者硫酸盐生成,表明在有矿物质存在条件下S对金属的挥发性影响很小.在未考虑矿物质存在条件下,S在低温条件下易与重金属结合形成金属硫酸盐固体从而拟制了金属的挥发;随着温度的升高,Cl和重金属易形成金属氯化物气体,促进了金属的挥发特性,并且Cl对Cu的挥发影响较大,其次为Zn和Mn,影响较小的金属是Ni.从而根据污泥在不同焚烧温度下不同的产物形态进行重金属的污染控制.     

Trace metals in soil, dust, and tree leaves of the urban environment, Guangzhou, China

Metals have been constantly introduced to urban environments via various point and non-point sources of pollution,and have contaminated different urban compartments(sample types).However,most research projects have focused on a single environmental compartment to characterize urban metal contamination.In the present study,an integrated sampling program that includes surface soils,different size fractions of soil and road dust(<50 μm,50-100 μm,100-250 μm,and 250-1000 μm),tree leaves,and grasses,was conducted in a typical urban area of Guangzhou,China.The aim of the study was to investigate the interrelationships among the metal pollutants in these samples.The concentrations of trace metals varied greatly among different sample types,and their distribution was generally in the following order:road dust > soil dust ≥ surface soils ≈ top soils > grasses ≥ tree leaves.As for the relationships among the trace metals,different combinations were seen among the sample types,indicating different loadings of trace metals in the sampling medium.Significant correlations of metal concentrations were found between tree leaves and the smallest(<50 μm) fraction of road dust,and between soil dust(50-100 μm) and surface soils,suggesting that trace metals in these samples may influence each other.     

巢湖流域典型城市环城河沉积物重金属形态及垂直分布特征

采用改良的连续提取法(BCR)对巢湖市环城河沉积物重金属总量及其赋存形态进行了测定和分析.结果表明,巢湖市环城河采样点表层(0～10 cm)沉积物中重金属的质量分数分别为29.5～224.3 mg·kg-1 (Pb),21.3～78.1 mg·kg-1 (Ni),67.5～1 126.3 mg·kg-1 (Cr),50.7～217.4 mg·kg-1 (Cu);新城区西环城河沉积物重金属的质量分数明显高于老城区东环城河;其中以Cr的质量分数在不同采样点差异最为显著.不同采样点沉积物中重金属总量随深度变化特征差异明显,西环城河沉积物不同深度重金属的质量分数较低,且随深度变化较小;受污染较严重的东环城河沉积物不同深度重金属的质量分数普遍较高,且垂直变化波动较大;所调查的4个沉积物柱状样能较好表征周边环境现状和污染历程.4个采样点不同深度沉积物重金属的可交换及碳酸盐结合态的质量分数占总量的百分比均不超过5％,Pb主要以铁锰氧化物结合态存在;Ni主要以残渣态存在;Cr主要以有机物及硫化物结合态和残渣态存在;Cu则主要以铁锰氧化物结合态和残渣态存在;不同采样点柱状沉积物各重金属形态垂向分布也存在显著差异,次生相与原生相分布比值(Rsp)法分析结果显示,巢湖市东环城河2个采样点柱状沉积物R.值明显高于西环城河,其重金属潜在污染生态风险较高,其中Pb和Cr属于中度或重度污染水平.     

河道沉积物中重金属的生态修复及根际细菌的原位检测

调查分析了哈尔滨某排污河道化工区段表层沉积物中的重金属（Pb、Zn、Cr、As、Ni、Cu和Cd）含量,通过盆栽试验研究了4种当地具有金属耐性的植物（玉米、酸模叶蓼、龙葵和酸模）对受污染的河道沉积物中重金属的修复效果,进而调查了这4种植物对重金属赋值形态的影响、富集能力及重金属的转运能力.结果显示,排污河道沉积物受到多种重金属的复合污染.表层沉积物中重金属经过两季植物修复后,7种重金属的残渣态均有不同程度的减少,并且金属形态逐渐向铁锰氧化态及可交换态转化,结果说明供试植物能够调节沉积物中重金属的生物有效性.重金属在沉积物中与在植物体内具有相同的总含量趋势：Zn＞Pb＞Ni＞Cr＞Cu＞As＞Cd,该趋势也反映出4种供试植物的生物监测潜能.植物对重金属表现出不同的吸收特性,4种植物对Zn和Ni的富集量相对较大,而Cu在植物地上部分的含量普遍较低,Zn和Ni在植物组织中的含量范围分别为108.4~543.92 mg/kg和36.8~246.91 mg/kg.总体来说,这4种植物主要将金属元素积累在根部,而非地上部分,表现出对重金属的耐受性.酸模叶蓼、酸模和龙葵这3种植物的地上部分分别积累了高浓度的Pb、Zn和Cd,并且具有较高的转运系数（TF>1）,反映出这3种植物对相应的重金属具有植物提取的潜力.采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization, FISH）技术,分析对照和经过栽培试验后根际沉积物中真细菌的数量和空间分布,结果表明植物对沉积物中的细菌有明显的活化作用.     

Generic mechanism for generating a liquid-liquid phase transition

Recent experimental results indicate that phosphorus--a single-component system--can have a high-density liquid (HDL) and a low-density liquid (LDL) phase. A first-order transition between two liquids of different densities is consistent with experimental data for a variety of materials, including single-component systems such as water, silica and carbon. Molecular dynamics simulations of very specific models for supercooled water, liquid carbon and supercooled silica predict a LDL-HDL critical point, but a coherent and general interpretation of the LDL-HDL transition is lacking. Here we show that the presence of a LDL and a HDL can be directly related to an interaction potential with an attractive part and two characteristic short-range repulsive distances. This kind of interaction is common to other single-component materials in the liquid state (in particular, liquid metals), and such potentials are often used to describe systems that exhibit a density anomaly. However, our results show that the LDL and HDL phases can occur in systems with no density anomaly. Our results therefore present an experimental challenge to uncover a liquid-liquid transition in systems like liquid metals, regardless of the presence of a density anomaly.     

重金属Zn、Cu和Hg对基因重组发光菌的综合毒性及其联合效应

本文主要分析了三种常见重金属(Zn2+、Cu2+、Hg2+)对基因重组发光菌(E. coli HB101 pUCD607)的单一毒性和不同浓度比下的联合毒性作用,并采用毒性单位法(Toxic Unit)、Marking相加指数法(Additional Index)和混合毒性指数法(Mixture Toxicity Index)来评价混合体系的联合毒性作用类型。Zn2+、Cu2+和Hg2+三种的重金属对发光细菌的15分钟半数效应浓度(EC50)分别为:4.16、6.00和0.98mg/L。多元重金属混合体系主要呈现不同程度的拮抗作用,不同的评价方法对3种重金属的联合效应评价结果具有较好的一致性。上述重金属联合毒性作用可为重金属复合污染控制和生物毒性测试提供参考。     

Leaching behavior of V,Pb, Cd,Cr, and As from stone coal waste rock with different particle sizes

This paper investigates the leaching behavior of heavy metals (V, Pb, Cd, Cr, and As) from stone coal waste rocks with various particle sizes using dynamic leaching experiments. The results show that the dissolved concentrations of V and As initially increased and then slightly decreased as time progressed and that the dissolved concentrations of Pb, Cd, and Cr were high in the early stage before decreasing. The particle size of the stone coal waste rocks strongly influenced the heavy metal concentration in the leaching solutions. The effects of the particle size of the stone coal waste rocks on the dissolved concentrations of V, Pb, and As decreased in the order fine fraction > medium fraction > coarse fraction, and the effects of particle size on the dissolved concentrations of Cr and Cd decreased in the order medium fraction > coarse fraction > fine fraction and coarse fraction > medium fraction > fine fraction, respectively. The quantities of heavy metals dissolved from the stone coal waste rock with fine particle sizes were observed to decrease in the order V (17104.36 μg/kg) > As (609.41 μg/kg) > Pb (469.24 μg/kg) > Cr (56.35 μg/kg) > Cd (27.52 μg/kg), and the dissolution rates decreased in the order As (2.96%) > Pb (0.93%) > V (0.35%) > Cd (0.25%) > Cr (0.01%). The specific surface area, pore size of the stone coal waste rocks, and chemical forms of heavy metals also influenced the release of heavy metals from the stone coal waste rocks. Kinetic analysis showed that the dissolution of heavy metals fundamentally agreed with the rate equation controlled by the shrinking core model. The results of this study are expected to serve as a reference for the evaluation of heavy metals contamination from stone coal waste rocks.     

弯囊苔草对Pb-Cd-Zn复合污染的耐受性及富集能力

通过水培实验,研究了三种浓度的Pb-Cd-Zn复合污染下弯囊苔草对重金属的耐受性及富集能力.结果显示,弯囊苔草在设计的中低浓度下能正常生长,随着Pb、Cd、Zn浓度增加,叶片中POD和CAD活性以及MDA和Pro含量随着金属离子浓度增加表现出显著升高的趋势,叶绿素含量表现出明显降低趋势,SOD的活性表现出先升高后降低的趋势.弯囊苔草中积累的Pb、Cd、Zn含量随着浓度的增加而增加,地下部分重金属离子含量显著高于地上部分,表明根系对Pb、Cd、Zn均有较强的滞留效应,平均滞留率均大于50%,中低浓度下弯囊苔草对Pb、Cd、Zn的转移系数均小于1.弯囊苔草在设计的高浓度胁迫下无法生长.研究表明弯囊苔草对Pb-Cd-Zn复合污染水体有较强的耐性,可以作为低、中浓度Pb-Cd-Zn复合污水的修复植物材料.     

北京市售食用菌的重金属含量及其对Pb的吸附特性研究

分析几种常见食用菌(平菇、口蘑、木耳和蟹味菇)的重金属含量,结合国家卫生标准对其安全性进行评估。结果表明,常见食用菌子实体的重金属(Pb,Mn,Co,Ni,Cr,Zn,Fe,Cd,V,Cu)含量均低于国家食用菌卫生限量标准。利用不同种类食用菌作为生物吸附剂,通过实验,研究各种食用菌子实体对Pb(Ⅱ)的吸附特性、吸附模型以及吸附动力学特征。平菇、口蘑、木耳、蟹味菇的匀浆以及木耳活体的吸附过程均可用Langmuir方程进行拟合;平菇活体适合Frendlich方程。平菇、口蘑、木耳和蟹味菇对Pb(Ⅱ)的最大吸附量可达91.7,123,58.5和120 mg/g,与其他生物吸附剂相比,吸附效果更好。动力学研究发现,准二阶模型更符合食用菌对Pb(Ⅱ)的吸附过程。研究结果揭示了食用菌用于治理重金属污染的可行性。     

Research progress of heavy metal pollution in China: Sources, analytical methods, status, and toxicity

Heavy metal pollution is one of the most serious environmental problems in China and a large number of people are threatened by heavy metal pollution.Extensive damage to human organs,such as liver,kidney,digestion system,and nervous system can be caused by uptake of excess heavy metals.Heavy metals in the environment can originate from both natural and anthropogenic sources.Although contamination of heavy metals has been known to be a severe environmental problem for decades,it is still getting worse in recent years and there are few feasible approaches to resolve this problem.Due to their high toxicity,prevalent existence and persistence in the environment,lead(Pb),mercury(Hg),cadmium(Cd),chromium(Cr) and arsenic(As) are commonly considered as the priority heavy metals which should be concerned and their emission should be controlled in China.This paper reviewed the pollution of heavy metals in China,focusing on the following four aspects:current status of heavy metal pollution in China,sources of heavy metals in China,toxicity and potential risk,and possible reduction strategies.