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煤气化细渣的酸-碱协同改性及其CO2吸附特性与机理
王源源;李自恩;武东升;张岭;薛新洲;杨靖;为解决煤气化细渣(coal gasification fine slag,CGFS)堆存造成的环境压力与资源浪费问题,通过CGFS的酸-碱协同改性制备出低成本、具有应用潜力的CO2吸附材料(HKCGFS).采用热重-微分热重(TGDTG)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、N2吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDS)等多种表征手段系统分析改性前后材料的物化性质与孔结构演变规律.结果表明:CGFS具有良好的热稳定性,其物相以无定形组分为主,SiO2为主要特征晶相;酸-碱协同改性显著优化了材料的孔隙结构,HKCGFS的比表面积可达208.95 m2/g,平均孔径约为4.92 nm,呈现出丰富的介孔特征.CO2吸附性能测试结果显示:HKCGFS的吸附行为受气体温度、气体压力及吸附时间的协同调控,吸附量随温度升高而减少,随压力升高而增加,随时间延长先增加后趋于平衡;在25℃、100 kPa条件下,60 min即可达到0.47 mmol/g的平衡吸附量,展现出良好的吸附速率与吸附容量.吸附动力学分析表明,该吸附过程符合伪一级动力学模型,等温吸附行为更符合Freundlich模型,表明HKCGFS对CO2的吸附以物理吸附为主.
集成pH传感与防伪的双功能聚合物微阵列芯片
周纪雄;倪雄志;李苗苗;贡晶晶;刘学清;刘继延;采用聚合物微阵列与高通量筛选技术,优选出丙烯酰胺聚合物作为功能基底,其可高效固定荧光素O-甲基丙烯酸酯,进而基于该聚合物基底,利用喷墨打印技术制备出集成pH响应型与光稳定型2类荧光染料的共聚物微阵列芯片.该芯片在pH=5、9的PBS缓冲液中表现出显著的荧光响应特性,且具备优异的可逆性、可靠性与稳定性.基于上述特性,该芯片可用于构建信息加密图案,在特定pH刺激下实现“隐藏”与“显示”状态的可逆切换,从而实现动态多级防伪功能.本研究为开发兼具传感与显示双重性能的高安全性信息存储材料提供了有效策略.
黄泛区大气降尘中的元素特征
董明明;孟琳;邢先双;李广杰;蒋宁;土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程是干旱半干旱区最为重要的地表过程,是区域大气中可吸入颗粒物的重要来源.基于山东省冠县清水土壤风蚀监测站每半月的大气降尘监测以及利用ULTIMA型电感耦合等离子光谱仪(ICP-MS)测定的大气降尘元素结果,研究了降尘量及其主要元素含量,明确其元素富集程度,同时完成对降尘重金属元素污染及潜在生态风险的评价.结果表明:1)传统土壤风蚀期黄泛区大气降尘模数为87.53t/(km2·a);2)Al、Ca、Fe、Mg、Ti和S是大气降尘中18种测定元素的主体,约占元素测定总含量的10.32%,其余12种元素(As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、P、Pb、V和Zn)仅为前者的2.13%;大气降尘元素含量存在明显的季节特征,Fe、Mn和Cr含量冬季最大,Al、Ca和Ba含量春季最大,Mg、Ti、P、S、Pb、Zn、V、Ni、Cu、As、Co和Cd含量秋季最大;3)黄泛区大气降尘中仅Co、Mg、Ca和As来源于自然源,其他元素来源均受到不同程度的人类活动影响,尤其是Al、Pb和Cr;9种重金属元素中V、Co和As属于低污染程度,Zn、Cd、Cu和Ni属于中等污染程度,Pb和Cr属于较高污染程度;4)重金属元素污染系数(Pi)存在明显的季节特征,随季节(秋季—冬季—春季)变化,Pb、Zn、Cu、As和Cd污染系数逐渐减少,Cr污染系数先增大后减少,V、Ni和Co污染系数先减小后增大;此外,秋、冬季Cd元素的单一重金属潜在生态风险指数(Eri)以及9种重金属的生态风险综合总指数(RI)均显示黄泛区的潜在生态风险为中等水平.
临汾盆地约5.5ka BP的气候事件及其对古文化的影响
田庆春;郭磊;曹维明;张仲伍;为了探究史前气候变化对文化演变的影响,本研究选择史前文明发源地之一的临汾盆地为研究区.通过对临汾盆地中梁黄土剖面AMS14C测年及多环境指标的分析发现,临汾盆地约在(5.5～5.0)ka BP存在一次明显的降温事件;利用ArcGIS平台核密度分析方法,分析了临汾盆地(5.5～5.0) ka BP前后古人类遗址时空分布特征.结果表明:仰韶文化中期(6.5～5.5)ka BP古人类遗址分布范围广,数量多;而仰韶文化晚期(5.5～5.0)ka BP古人类遗址数量明显下降,分布范围缩小.降温事件对临汾盆地古文化演变产生了较大的影响,导致了该区仰韶文化的衰落.龙山文化时期(5.0～3.9)ka BP气候有一定好转,但比仰韶时期暖湿程度要低.在此期间,生产力的显著提高促进了文化繁荣和考古遗址的激增;然而,相对干旱和寒冷的气候条件迫使古代人类迁移到低纬度和低海拔的河谷地区.
石家庄市道路结冰特征及气象风险预报模型
魏军;景华;彭相瑜;利用石家庄市1956 2022年逐日气温、地温、雨雪积雪现象观测数据,分析石家庄市道路结冰的气候特征,基于logistic回归构建道路结冰概率预报模型和气象风险等级预报模型,并以2019—2022年结冰季道路结冰数据对模型进行检验.结果表明:1)石家庄市道路结冰具有开始日期推迟、截至日期提前的趋势,结冰日数减少,平均每10a减少2.6 d;2)当日最低气温下降到5.1～2.0℃时,是道路结冰概率变化的快增期,其中3.6℃为道路结冰概率的敏感峰值基点;3)当日最低气温在5.4℃以上时,道路结冰可能性很低;3.8～5.4℃时,可能出现道路结冰;2.1～3.8℃时,可能性较大;2.1℃以下时,可能性很大.
基于多源数据的城市轨道交通与土地利用相互影响分析
朱晨铭;冯忠江;魏巍;毕雯雅;高诗江;在大数据日渐丰富的背景下,运用高分辨率遥感影像,结合兴趣点数据(POI)和轨道交通客流量数据,从轨道交通对土地利用变化的时空效应和土地利用对轨道交通站点客流量的影响进行剖析.研究结果表明:1)地铁建设到运营阶段,土地利用变化率逐渐增大,地铁线路附近土地开发利用强度由中低强度向高强度转变;2)轨道交通对城市土地开发利用的影响存在空间异质性特征,对线路两端的郊区土地利用变化影响大,而对城市中心地区影响较小,发生用地类型改变的站点大多远离城市中心;3)土地利用对轨道交通客流量的影响具有不同的时间规律,无论是在工作日,还是在周末,商业用地对客流量的影响都很大,周末绿地广场对客流量的吸引能力也很强;4)土地利用对轨道交通客流量的吸引存在非线性特征及“阈值”现象,商业用地、居住用地对客流量的吸引作用反映显著的因子值分别为0.15～0.75和0.3～0.7,“到CBD距离”对客流量的吸引作用主要集中在0～4 km.
石家庄市人口密集区大气环境微/中塑料污染特征及沉降通量
郭自晓;张珊珊;温佳慧;薛帅;刘亚东;微/中塑料污染已经成为全球高度关注的新型环境问题,其污染研究主要集中于海洋和土壤环境介质,鲜有大气环境中微/中塑料污染的报道.以石家庄市人口密集区大气环境中微/中塑料为研究对象,采用室内浮选、镜检和红外光谱等方法,分析了石家庄市人口密集区大气环境微/中塑料的特征与沉降通量季节差异,初步探讨了采样点大气环境微/中塑料的潜在来源.研究结果表明:微塑料的类型以纤维为主,颜色以透明为主,纤维微塑料的粒径主要集中在1～3 mm;中塑料的类型仍以纤维为主,而颜色以黄透明为主,粒径主要集中在5～25 mm;大气微/中塑料年沉降通量变幅在150.7～447.4 n/(m2·d),在季节上表现为夏季>冬季>秋季>春季;微/中塑料聚合物成分以人造丝(64%)和聚酯纤维(28%)为主,表明纺织品中合成纤维的脱落和居民生活产生的塑料垃圾可能是微/中塑料的潜在来源.该研究可以为城市大气环境微/中塑料研究提供数据支撑,以加深人们对国内城市大气环境微/中塑料污染的理解和认识.
北运河流域景观格局对水质变化影响的空间尺度效应
丁林;郑子英;刘瑾;王凤花;城市化带来景观格局的变化,改变了污染物的产生和传输过程,进而影响流域水环境质量.以北京北运河流域为研究区,基于2014年7月～2015年7月水质监测数据和土地利用数据,选取流域和100,300,500,1 000,1 500 m河岸带缓冲区6个空间尺度,运用冗余分析、多元逐步回归分析等方法研究城市景观格局对水质变化影响的空间尺度效应.结果表明:城市景观格局对水质的影响存在明显的空间尺度效应,1 000 m河岸带缓冲区是影响最大的空间尺度,对水质变化的解释度为72.42%.类型水平上的景观指数对城市河流水质的影响高于景观水平上的景观指数.1 000 m河岸带缓冲区内,农业用地的斑块密度和景观形状指数(PDagr,LSIagr)对河流水质的负面影响最为显著.因此,在1 000 m河岸带缓冲区内,重视农业用地的合理布局,降低农业用地的破碎度和边界复杂度,有利于河流水质的改善.
地区水环境承载力与科技创新能力适配特征研究
李晶;司岷卉;张思思;乔友凤;陈义忠;水环境承载力是判断区域水资源是否能够可持续发展的基础,科技创新能力的提高是改善环境质量的不竭动力.以石家庄新乐为例,构建了水环境承载力与科技创新能力的评价指标体系,利用障碍度模型剖析其影响因素,通过引入基尼系数与时间匹配度衡量2者的适配特征.结果表明:2016—2019年,该地区水环境承载力处于稳中向好的趋势,与社会经济各项指标的基尼系数均小于0.2,表明2者协调性较高,其中水环境与水生态指数是制约该地区水环境承载力的关键因素,障碍度高达49%～57%;科技创新能力先波动下降后上升,与社会经济水平协调性一般,其中科创投入是科技创新能力的主要障碍;整体上看,水环境承载力与科技创新能力的基尼系数为0.287,2者处于较为匹配的状态.