“偷师”大自然:仿生海洋防污技术

<正>海洋生物污损指的是海洋中的细菌、藻类、藤壶等在水下表面附着和生长的一种现象[1].生物污损会增加船体阻力、加速表面腐蚀、破坏螺旋桨,导致额外的油耗和过高的维护成本.额外的油耗加剧了CO2、SO2等气体的过量排放,影响各国政府对"碳中和"目标的实现.海洋生物污损还对跨海大桥、钻井平台、养殖网箱、海底管道等多种水下设施具有负面影响[2].据统计,海洋生物污损每年给全球海洋工业造成的损失超过150亿美元[3].传统的防污涂层一般通过释放有毒物质(例如氧化铜、三丁基锡等)杀死污损生物来达到防污效果.     

防污性衣料研究的新进展

随着化纤和纺织技术的发展,人们对衣着的要求日益多样化,为适应各种不同要求的织物也应运而生,其中国外近年来所研究的防污性衣料就是值得注意的一种。洗衣机的普及,无疑是家庭的一大福音,但如果在不失去衣料本身的舒适感,美观、保温等性能的前提下,衣服不脏,岂不更好。按照这一设计思想,日本的高分子科学家近年来积极进行了防污性衣料的研究,并取得较大进展。说到“脏”,其含义很广泛。有液体污染,固体污染,或二者混合粘稠物的污染。使这些污染难于附着显然是防污的首要条件,而使附着的脏物易于脱落也是不容忽视的。所以,人们一直梦想着     

我国沿海典型渔港表层底泥中的有机锡污染

由于有机锡被广泛应用于催化剂、聚氯乙烯稳定剂、杀虫剂和防污涂料等,而大量进入到环境中,造成了广泛的污染,沿海港口地区通常为污染的重点区域.有机锡在很低的浓度下就可以引起藻类、浮游植物、底栖动物和某些鱼类产生慢性或急性毒     

天津大沽排污河河口沉积物多溴联苯醚、有机氯农药和重金属的污染趋势

对天津大沽排污河河口两个沉积物泥芯中的多溴联苯醚(PBDEs)、有机氯农药(OCPs)和重金属的含量进行了分析测定, 并对这三类典型污染物在该地区近年的污染趋势进行了研究. 结果表明, PBDEs 的含量有逐步增加的趋势, 有机氯的含量分布显示在该地区近年仍然有新的源输入. 在过去的一段时间内, 重金属没有明显的污染变化趋势. 两个泥芯的对比表明, 海水的冲刷稀释作用对这三类污染物在底泥中的迁移行为的影响不同.     

宜兴市近郊土壤重金属来源与空间分布研究

以宜兴市近郊为研究区域,以频数分布函数为工具,将该区域的重金属来源分为自然背景组分与人为强干扰组分,并采用空间分析方法对区域元素含量的分布特征及格局成因进行了解释.研究结果发现,Hg,Pb和Cu元素的人为强干扰组分分别占元素含量的36.9%,26.7%及23.3%,表明城市郊区人类活动产生的来源对研究区的重金属含量已经产生了重要的影响.受人为影响作用最大Hg和Pb元素含量的空间变异性最大,人类活动的叠加强化了Hg和Pb元素空间分布的异质性.各向异性分析表明Hg和Zn元素在城乡方向上表现出较强的结构性,说明Hg和Zn有沿着城乡变化方向空间扩散的特征.Pb元素在城乡变化的垂直方向上表现显出较强的结构性,这主要受到该方向上交通干线的分布控制.水田利用方式下Cu元素含量明显高于其他土地利用方式,农业的面源污染对Cu元素分布格局起着重要的作用.     

利用环流槽研究再悬浮条件下凉水河底泥沉积物中重金属的迁移与分布

利用环流槽模拟动态水流环境,研究凉水河底泥沉积物在不同水流条件下的再悬浮过程,考察了水流速率对4种重金属(Ni,Cr,Cu,Pb)在沉积物、悬浮颗粒物以及上覆水中的迁移、传输与释放的影响.结果表明,随着流速从0.15m/s增加到0.35m/s,悬浮颗粒物的浓度从165mg/L上升到4220mg/L,增加约25倍.溶解态重金属的浓度随着流速的增加而增加,说明部分重金属从悬浮颗粒物(SPM)中解析并进入上覆水中.酸可溶性重金属的浓度随着流速的升高而增加,表明部分SPM上的重金属在再悬浮过程中从稳态转化到易解析形态.在整个再悬浮过程中,悬浮颗粒物上重金属的体积浓度增加了2~6倍,但是质量浓度却降低了,并接近底泥中重金属的原始浓度,这是由于"颗粒物浓度效应"所致.重金属分配系数(KD)随流速的增加而降低,这可能是由于对重金属具有更强的富集作用的微细颗粒(粉砂/黏粒)的含量随着流速而降低所致.     

固体废物重金属污染源解析技术研究进展

明晰固体废物中重金属污染物的来源与赋存形态,是正确评估其污染途径与环境风险,从而有针对性地进行污染阻断、无害化处理和环境修复的前提和依据.本文在作者工作基础上,总结了近年来固体废物重金属污染源解析的主要研究方法与进展,分别讨论了以重金属含量、化学形态、同位素指纹特征和单颗粒重金属分布特征为基础的重金属溯源方法,归纳和分析了其中的关键科学问题,并基于当前的研究现状和研究水平,展望了固体废物重金属污染源解析技术方面的研究前景.     

杀不死的海星与动物再生

长得像一个五角星,其体外附着一层坚硬的石灰甲,并带有美丽色彩的海洋棘皮动物海星,是以贝壳类小动物为食物的。进餐时,海星先将贝类包住,然后从口中翻出胃来,再从胃里分泌出一种液体,使贝类麻醉而张开贝壳,最后。就可吃掉贝类的肉。因此,养殖贝类的渔民们往往想方设法消灭海星。起初,他们以为只要把海星撕碎就可以消灭它,没想到这样做却适得其反,海星繁殖得更多了。这到底是怎么回事呢?     

南京栖霞山铅锌矿山中的现代钙华: 一种高度富锌和锰的方解石

金属硫化物矿山开发引发的重金属污染已成为当前急需解决的环境问题. 以南京栖霞山铅锌矿采矿巷道壁上的现代钙华为研究对象, 利用电子探针、扫描电子显微镜和X射线粉末衍射分析等矿物学手段, 分析了钙华中的矿物组成及其重金属元素的赋存形态和分布状况. 结果表明钙华的主要矿物成分为方解石. 尽管地层水的重金属含量较低, 但是钙华中碳酸盐矿物的微量元素含量却较高, 最高含量分别为: Mn 23.65%, Zn 9.60%, Mg 0.76%, Fe 4.44%和Pb 0.66%. 钙华在电子探针背散射电子像中呈现出复杂的韵律壳层构造, 成分分析表明这种韵律壳层构造与重金属的分布有关. 另外, 在钙华中见有螺旋状及团絮状物质可能表明微生物参与了钙华的形成过程, 并与重金属的富集存在关联. 所报道的高度富锌-锰方解石对矿山环境中的重金属污染治理具有可借鉴意义.     

有机硅改性丙烯酸酯涂层的微/纳凸柱状织构化及其防污性能

经过"硅片模板-PDMS模板-目标涂层"的制备过程,实现了具有规则微/纳凸柱状织构表面的有机硅改性丙烯酸酯涂层的制备.利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角仪系统表征了所制备涂层的物理化学性能,并以绿藻门的丝藻和硅藻门的舟形藻作为研究对象,考察了涂层的防污性能.研究结果表明,织构化涂层表面的接触角随微/纳凸柱状织构的表面覆盖率增加而增加,而丝藻和舟形藻的附着量随着微/纳凸柱状织构化表面覆盖率的增加而减小.当微/纳凸柱状织构表面覆盖率为21%时,相对于无织构化涂层,丝藻的附着量降低了82%,舟形藻的附着量降低了73%.通过对比两种藻类与微/纳凸柱之间距离的大小并结合织构化涂层的润湿行为,分析了织构化涂层有效防除丝藻和舟形藻附着的原因和机理.     

千姿百态的贝类动物

据科学家统计,地球上现有贝类动物5～10万种。在动物界中,贝的种类数居第2位。贝类动物为何能如此繁盛,这或许是因为贝类动物具有坚硬的硬壳,能抵挡外敌侵入和环境变化的影响;或许是贝类动物利用海水流动进行巧妙的繁殖。贝类动物摄取饵料及多样化的菜单自有奥秘:某些贝类把身躯全部浸在不断带来营养物质的海水里,自动地从海水中摄取养     

“我愿意一辈子献身海洋事业”——访上海海洋大学杨金龙教授

<正>约杨金龙(见图)做启明星采访缘于前几周一次2010级启明星的聚会交流活动,那次交流活动安排在地处上海浦东临港的上海海洋大学和上海海事大学,活动组织者之一的上海海洋大学杨金龙教授为交流活动付出的努力得到大家的认可。那次活动的主要内容是与会启明星介绍各自工作近况,杨金龙介绍的他们正在做的对海洋贝类——贻贝附着机理上作的探究工作引起了我很大兴趣,于是就约他做启明星人物专访。我很庆幸正是这次采访     

奇异珍贝

贝类史话 从远古时代的洞窟绘画、彩色古瓶和古寺里大钟上的各种贝类图像，可以推测，西方人对于贝类的认识和使用起源很早，在古希腊时代以前就有了。到了１５至１６世纪，西方许多达官贵人对美丽的贝壳的爱好达到了狂热的程度，他们不惜重金去收购，使各种贝类材料的使用大大增加。而我们的祖先对于贝类的观察和利用，远在石器时代便已开始，在北京附近周口店山顶洞口发现的顶部被磨成圆孔的贝壳可以推溯到５万年以前。 陕西斗鸡台墓葬内贝类文蛤的发现，证明距今２０００—３０００年前，那时人们已利用贝壳作为流通货币。此外，我国古籍…     

宜兴典型农用地土壤剖面重金属元素含量研究

针对宜兴市自然环境与土地利用空间分异特点,选取平原的菜地、稻田与丘陵岗地的茶园、竹林4种典型农用地,通过不同开发利用年限样地土壤剖面0～15,15～30和30～60cm上重金属元素含量变化研究发现,菜地与稻田土壤剖面Cd,Hg,Cu,Pb,Zn和Cr累积明显,部分剖面Cu,Hg和Cd含量超标;茶园、竹林土壤剖面重金属元素一般没有明显累积,含量尚处于清洁水平;4种用地土壤剖面重金属累积与污染程度的总体排序为:菜地>稻田>茶园>竹林,其中工业企业、交通和城市人类活动以及肥料农药高强度尤其是过度使用,是引起研究区农用地土壤重金属累积与污染的主要原因.各元素在菜地土壤剖面存在较为明显的淋溶下移性,稻田、茶园土壤剖面Cd,Hg,Pb和Zn,竹林土壤剖面Cd及Hg表聚亚表聚现象明显.菜地土壤受到Hg,Pb和Zn的特别影响,4种用地土壤基本上未受到外源As和Ni的污染.随着开发利用年限的增长,菜地、稻田土壤将面临一定危害程度的重金属潜在生态风险,主要来自于Hg,Cd和Cu,但茶园、竹林土壤重金属潜在生态风险总体较小.     

珍珠养殖业让平民也能享受贵族待遇

自古以来,钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、金绿宝石与珍珠,被誉为珠宝界中的"五皇一后".珍珠,以其独有的美丽征服了人类的审美情趣,成为人们心目中的"珠宝皇后".珍珠是地球上唯一由生命孕育的有机宝石及人类最早利用的珠宝之一.人类对珍珠的认识和利用最早是从贝类体内的天然珍珠开始的,当从贝类中发现瑰丽的珍珠,人们既惊讶于珍珠的美丽,又感叹大自然的鬼斧神工,珍珠在几千年的人类文明史上留下了不可磨灭的印记.     

壁虎在不同粗糙度的竖直表面的黏附

壁虎的脚掌上具有脚爪和刚毛两种附着器官,两种器官具有不同的附着机制,二者协同作用使壁虎具有在任意粗糙度的竖直墙面和天花板上自如运动与附着的能力.将壁虎脚掌上的脚爪去除后,放置在14种不同粗糙度的竖直的砂纸表面,以研究壁虎仅依靠刚毛时的附着能力.研究结果表明,仅仅依靠刚毛附着时,壁虎在各类砂纸表面的滑移速度、内收速度等存在差异性.滑移速度随着砂纸表面上颗粒直径与间距比值增大而减小,表面粗糙度并不是影响黏附性能的直接原因,其黏附性能由刚毛尖端末梢与砂纸表面的接触面积决定.研究壁虎脚掌刚毛在不同粗糙度的竖直表面的黏附性能,可以为设计基于仿壁虎刚毛黏附的爬壁机器人提供参考.     

北极冰融或致物种入侵

正科学家最近表示,约200万年以来,北极海冰消融首次让北太平洋和北大西洋连通。多条新的船运路线已在北极开启,这或许为开采北极天然资源和促进跨海贸易带来了新的机遇。但是,商船经常会在不经意间携带入侵物种——来自之前港口的生物可能附着在船底,或者被压进船体内的巨大压舱水箱里——而气候变化则赋予了船只新的和更短的跨洋贸易路径。因此,外来物种大规模入侵北极的风险飙升。过去     

青岛近岸沉积物中持久性有机污染物多氯萘和多溴联苯醚

对同一样品经索氏抽提、多级复合硅胶层析柱、渗透凝胶层析柱、氧化铝层析柱分离, 利用低分辨率气相色谱-质谱方法对青岛近岸5个表层沉积物和1个贝类样品中的31种多氯萘(PCNs)和21种多溴联苯醚(PBDEs)异构体的含量分布特征、毒性当量浓度及来源进行了研究. 总PCNs和PBDEs最高含量出现在河口处. 总PCNs含量范围为212~1209 pg/g (dw), 以3氯代PCNs为主. 总PBDEs含量范围为117~5510 pg/g (dw). 主要以6-氯以下(含6-氯)为主. 局部来源的PCNs来自垃圾焚烧、燃煤等高温过程. PBDEs则主要来自分子扩散. 除了在河口处受到城市污水污泥的影响之外, 大气沉降是青岛近海PCNs与PBDEs的重要来源. 青岛近岸贻贝中PCNs和PBDEs都相对于沉积物有富集作用. PCNs的总毒性当量浓度均低于PCBs总毒性当量浓度.     

用镍的含量来检验海洋沉积物中某些重金属的背景值

在对南黄海进行的研究中,我们曾提出可以通过确定海域重金属背景值的方法,也可以通过综合利用重金属与有机碳、与铁等成分的相关性及重金属相互间的相关性或比例关系的方法来判断海洋沉积物中某些重金属的含量是否异常。由于不同粒度组成的样品难以对比,故“背景值方法”的应用受到限制。而利用元素相关性的方法则较灵活,适用性较广,然而在     

北京首钢工业区大气重金属污染树叶的磁学响应

在北京西郊首钢工业区及附近混杂的居民区、公园绿地和农村耕作区采集了55个一年生的树叶样品, 并对其进行岩石磁学和元素含量分析. 结果表明: 磁性矿物的含量和粒径由污染源区向周边递减. 研究区域树叶的磁性由低矫顽力的磁铁矿主导. 进一步研究表明样品的主要磁性参数(磁化率、非磁滞剩磁以及饱和等温剩磁)与元素Fe, Pb, Cr, V和Zn呈显著相关关系(0.73≤R≤0.88). 因此树叶的磁参数可以作为大气重金属污染研究的理想替代指标.