基于XAFS和DGT技术原位研究土壤铅在磷酸盐矿物相锁定和再活化的分子机理

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基本信息

  • 批准号:
    41807353
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0707.环境地球化学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Phosphate minerals has great application potential in remediation of lead (Pb) contaminated soils, but the long-term stability after remediation is still not clear. Therefore, it’s necessary to study thoroughly the micro-scale reaction mechanisms of phosphate minerals with Pb, build mathematical models for metal mobilization processes, and recognize quantitatively the risk factors controlling remobilization. In this project, technique of diffusive gradients in thin-films (DGT) will firstly be employed to evaluate the variation of Pb and P bioavailabilities during two years in soils applying phosphate minerals; secondly, synchrontron based X-ray absorption fine structure (XAFS) technique will be adopted to analyze the microstructure and Pb-atom occurrence forms in standards, of synthesized through reactions of phosphate minerals and Pb at various environmental conditions (pH, metal concentration and organic matter content), and typical soil samples; thirdly, DIFS (DGT Induced Fluxes in Soils) modelling and geochemical calculation will be further incorporated to the methodologies to obtain the sorption/desorption rates of Pb and P in remediated soils. The goals of this study are to 1) resolve at molecular level the microstructure of sequestered Pb by phosphate minerals; 2) quantify the remobilization risks of Pb after soil remediation; 3) provide fundamental scientific basis for remediation of heavy metal contaminated soils.
磷酸盐矿物在土壤铅污染修复领域具有较大应用潜力,然而修复后的长期活化风险尚不明确。因此有必要深入研究磷酸盐矿物锁定铅的微观反应机制,建立金属活化过程的数学模型和定量辨识再活化风险因子。本项目拟应用梯度扩散薄膜(DGT)技术测定施用磷酸盐矿物两年周期内污染土壤中铅和磷的生物有效性变化,并在此基础之上结合同步辐射X射线吸收精细结构光谱(XAFS)技术分析多种环境条件(如pH、浓度、有机质含量)下合成的磷酸盐矿物与铅反应产物标样以及典型土壤样品中亚稳态固定产物的微观结构及其铅原子的赋存位置。然后结合DIFS(DGT Induced Fluxes in Soils)模型、地球化学模拟计算获取施用磷酸盐矿物的土壤中铅和磷吸附/解吸动力学参数。期望实现:1)分子水平解析磷酸盐矿物锁定铅的反应产物的微观结构;2)量化施用磷酸盐矿物锁定土壤中铅的再活化风险;3)为治理土壤重金属污染提供科学依据。

结项摘要

磷酸盐矿物在土壤铅污染修复领域具有较大应用潜力,然而修复后的长期活化风险尚不明确。因此有必要深入研究磷酸盐矿物锁定铅的微观反应机制,建立金属活化过程的数学模型和定量辨识再活化风险因子。本项目对羟基磷灰石锁定铅等重金属的地球化学机制进行了模拟计算,探明了羟基磷灰石晶格中铅等重金属的取代特征;通过溶液化学和物质微观结构表征探究了磷酸盐矿物锁定铅等重金属的机制,明确了沉淀和表面吸附的主导作用;基于梯度扩散薄膜(DGT)技术和DIFS模型开发了评价修复后土壤中重金属长期稳定性的定量表征表征方法,提出了一种测量微界面有效态磷含量分布的方法;开展了典型铅锌矿区土壤重金属稳定性和生态效应研究,探索了矿物溶蚀和功能材料施加对土壤中铅等迁移性和稳定性的影响。研究结果明确了微界面解吸过程对磷酸盐矿物锁定和再活化铅等重金属的主导作用,为土壤重金属原位钝化材料的开发和长期稳定性评价提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Comparing CaCl2, EDTA and DGT methods to predict Cd and Ni accumulation in rice grains from contaminated soils
比较 CaCl2、EDTA 和 DGT 方法预测污染土壤中稻粒中 Cd 和 Ni 的积累
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2020.114042
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Pollution
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Ma Qiang;Zhao Wanfu;Guan Dong-Xing;Teng H. Henry;Ji Junfeng;Ma Lena Q.
  • 通讯作者:
    Ma Lena Q.
DGT/DET与CID技术联用获取环境微界面元素异质性分布特征:进展与展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李希媛;管冬兴;李苏青;苏靖;张坚超;滕辉
  • 通讯作者:
    滕辉
基于被动采样技术的砷有效性和界面过程研究:进展与展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    管冬兴;魏天娇;袁召锋;李刚;陈正
  • 通讯作者:
    陈正
Applications of diffusive gradients in thin films (DGT) in soil studies
薄膜扩散梯度 (DGT) 在土壤研究中的应用
  • DOI:
    10.32474/oajess.2020.04.000190
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Open Access Journal of Environmental and Soil Sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guan Dong-Xing;Teng H. Henry
  • 通讯作者:
    Teng H. Henry
Application of diffusive gradients in thin-films technique for speciation, bioavailability, modeling and mapping of nutrients and contaminants in soils
扩散梯度在薄膜技术中的应用,用于土壤养分和污染物的形态形成、生物利用度、建模和绘图
  • DOI:
    10.1080/10643389.2021.1900765
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Critical Reviews in Environmental Science and Technology
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Guan Dong-Xing;He Si-Xue;Li Gang;Teng H. Henry;Ma Lena Q.
  • 通讯作者:
    Ma Lena Q.

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其他文献

基于梯度扩散薄膜技术的太湖金属和营养盐区域污染特征分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周春羊;管冬兴;韩永和;潘岳;房煦;王兴雨;郑建伦;李亚青;魏天娇;邹宜涛;崔昕毅;罗军
  • 通讯作者:
    罗军
梯度扩散薄膜技术(DGT)的理论及其在环境中的应用Ⅲ——植物有效性评价的理论基础与应用潜力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏天娇;管冬兴;方文;罗军
  • 通讯作者:
    罗军
基于梯度扩散薄膜技术的脱水污泥中重金属有效性的原位分析
  • DOI:
    10.13232/j.cnki.jnju.2017.02.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    南京大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亚青;万晨洁;魏天娇;管冬兴;黄辉;余光辉;罗军
  • 通讯作者:
    罗军

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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