2026年 01期
土壤重金属污染修复技术应用现状与展望
朱晓丽;寇兵;柯玉鑫;司绍诚;由于采矿、金属冶炼及化工生产等人类活动向土壤中输入了大量重金属，导致了土壤质量下降和功能退化，土壤重金属污染治理已成为当前的重要研究热点之一。然而，受污染程度、污染范围及修复成本等多种因素影响，各类修复技术在实际应用方面仍然存在一些短板。基于此，本文概述了现有土壤重金属修复技术在修复机制、优缺点及应用现状等方面的研究动态，阐述了不同技术的发展前景。其中，物理修复在周期和效率上的优势难以弥补其在成本和对土壤破坏方面的应用劣势，化学稳定对重金属的持久钝化作用还需长期监测，而生物修复的应用场景和强化措施仍有待完善，而结合不同修复技术特性的联合修复方法可显著提高重金属污染土壤的修复效率，并降低能耗，具备更好的发展潜力与应用前景。此外，对重金属修复技术的研究方向提出了展望，以期为土壤污染阻控及防治工作提供一些理论依据。
改性凹凸棒土对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)的吸附性能
申保收;孙明奇;赵纪星;张世玉;黄玖玲;张嘉容;郭忠明;凹凸棒土因其优异的离子交换能力和络合特性，广泛应用于重金属吸附材料的研究与开发。本研究通过碱热改性技术，成功制备了一种重金属高效吸附材料(500-ATP-OH),该材料在吸附Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)方面性能优异。改性后的凹凸棒土通过离子交换作用，实现了晶体结构的优化，增加了材料的比表面积和孔容。研究结果表明，碱热改性处理后的凹凸棒土材料(500-ATP-OH)对Cd(Ⅱ)的吸附去除率高达99%,吸附容量为123 mg/g;对Pb(Ⅱ)的吸附去除率更是达到了100%,吸附容量高达331 mg/g。可见，500-ATP-OH作为一种低成本、环境友好型材料，在处理重金属污染水体方面有较大应用潜力。
油橄榄果渣土壤改良剂的制备及其在重金属污染土壤修复中的应用
朱坤垚;李明钰;李富松;汪生旭;李罗宇;曹瑜卓;王军强;油橄榄果渣是橄榄油榨取过程中产生的固体副产物。由于油橄榄果渣富含丰富的纤维素、半纤维素及木质素等难降解物质，从而限制了其资源化利用。微生物堆肥是我国农业废弃物处理的主要方式。然而，目前针对油橄榄果渣木质素和纤维素降解的微生物研究较少，使得油橄榄果渣的高效利用成为一大难题。基于此，本研究通过降解实验获取了2株油橄榄果渣纤维素和木质素的高效降解功能菌X4-1(肠杆菌属Enterobacter sp)和M7-2(热带假丝酵母菌Candida tropicalis)。将上述2种菌株用于油橄榄果渣发酵过程，制备得到了满足农业土壤肥料施用标准的有机肥。同时考察了接种重金属固定化菌剂后的有机改良剂对土壤重金属修复、作物生长及重金属富集效果的影响。研究结果表明，油橄榄果渣有机改良剂促进了青菜生长，提高了生物量。向Pb、 Cu和Cd污染土壤中施加有机改良剂后，青菜株高、鲜重和干重分别增加了4.80%～15.78%、10.02%～129.85%和7.70%～120.41%。此外，有机改良剂的施用有效降低了土壤重金属的生态风险，抑制了青菜对重金属的富集作用。相比于未施肥处理，施用有机改良剂后生长于重金属污染土壤的青菜地下部Cu和Cd含量分别降低了85.47%和34.10%,地上部含量分别降低了42.56%和54.68%。研究结果可为油橄榄果渣的资源化利用及重金属污染农田土壤绿色修复提供参考。
核桃青皮生物炭负载腐植酸对水中四环素吸附效应
喻洁;朱晓丽;张星;张子夜;柯玉鑫;张婵娟;针对废水中四环素类(tetracycline, TC)有机污染物，开发高性能吸附剂材料仍是环境研究的热点问题之一。核桃青皮作为一种农业废弃物，常被随意堆放在野外，既对周边生态环境产生影响，也忽视了其潜在的应用价值。基于此，以不同热解温度制备的核桃青皮生物炭(HF)为原料，通过负载腐植酸得到了3种生物炭-腐植酸复合材料HA-HF300、HA-HF500和HA-HF700,探究其对TC的吸附效应。试验结果显示，HA-HF700对TC表现出最佳的吸附性能，表征分析结果证实HA-HF700综合了2种材料的特性，具备更丰富的表面官能团和更强的芳香性，从而提高了复合材料的吸附性能。此外，HA-HF700在pH=3、材料投加量为1 g·L-1时，对TC表现出最强的吸附性能，实测吸附量达到76.20 mg·g-1。然而，当溶液中存在Mg2+、Ca2+、Na+和K+时，则会对HA-HF700吸附TC产生抑制作用。准二级动力学和Langmuir等温吸附模型更准确地描述了HA-HF700对TC的吸附过程。结合材料表征结果，认为HA-HF700对TC的吸附作用主要包括静电作用、氢键作用、π-πEDA相互作用和疏水作用。研究结论为废水中四环素类污染物的无害化处理提供了理论支撑。
主持人语
屈治国;张剑飞;<正>能源资源的绿色低碳转化与高效利用，是我国实现“双碳”战略目标、保障能源安全、推动高质量发展的关键路径，其理论与技术突破具有重大战略意义。为充分发挥多学科交叉融合优势，系统探索能源低碳转型的科学基础与关键技术，《西北大学学报（自然科学版）》特组织出版“能源资源的绿色低碳转化与高效利用”专题，聚焦能源高效利用、转化、集成与调控等核心环节，围绕油气开采过程能效提升、低碳制氢关键材料、低碳能源多能互补系统集成、城市综合能源系统优化4个方向展开深入探讨，系统呈现从装备革新、材料创新、系统集成到规划调控的全链条研究成果，旨在深入解析能源系统绿色低碳发展的内在机制，探求效率提升与碳排降低的协同路径，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系提供科学支撑。
新型可调节多孔节流气嘴压降特性数值模拟研究
山金城;王天慧;吕国胜;邢川衡;王殿武;刘宁;檀朝东;李海培;天然气驱是提高石油采收率的重要手段，有助于油气能源的高效利用，其中节流气嘴是注采系统中的关键部件，目前的节流气嘴多采用固定结构形式，难以实现流量、压降的在线调节。据此提出了一种新型可调节的井下多孔节流装置，通过在线调整流通孔数，实现气嘴嘴损特性的调控。为掌握该新型气嘴内流场特征和节流特性，采用SST k-ω湍流模型和NIST物性模型模拟了超临界混合流体在气嘴内的流动过程，获得了节流装置内的流场分布特征，分析了不同工况下气嘴的节流特性。结果表明：(1)井下多孔节流装置的气嘴通道间存在流量非均匀分配，单个气嘴通道内流速呈现先快速增加后减小、压力呈现先快速减小后略微增加的趋势；(2)获得了不同流量和不同开孔数条件下的气嘴压降，在4 MPa的压降需求下，可实现标况下1.5×104～1×105 m3/d的宽泛流量范围内的调节；(3)利用计算结果建立了压降预测关系式，能够快速预测气嘴压降，指导该新型气嘴的实际应用。此研究可助力提高原油生产效率，延长油田寿命，实现能源的可持续发展。
Ni_3Se2/NiSe@NF双功能催化剂制备及其电催化产氢产氧性能研究
徐登基;李欣冉;田地;汪辉;屈治国;为解决传统电催化剂成本高、电解效率低等问题，推动规模化绿氢制备技术的发展，本研究通过结构设计与合成工艺优化，成功构建了基于过渡金属镍的硒化物异质结催化剂。采用两步水热法在泡沫镍(NF)基底上制备了具有界面结构的Ni_3Se2/NiSe@NF异质结双功能电催化剂。与单一物相催化剂(Ni_3Se2@NF和NiSe@NF)相比，Ni_3Se2/NiSe@NF异质界面处发生的强电子相互作用可以有效调控活性位点的电子结构，从而显著提升其在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中的催化活性。在1 mol/L的KOH电解液中，Ni_3Se2/NiSe@NF在电流密度为10 mA·cm-2时，HER和OER过电位分别为71 mV与207 mV,并表现出优异的稳定性(持续运行500 h后活性未发生明显衰减)。此外，以Ni_3Se2/NiSe@NF同时作为阳极和阴极组装的电解槽，在10 mA·cm-2电流密度下仅需1.52 V的槽压即可稳定运行。研究结果为开发低成本、高稳定性的电解水催化剂提供了新思路，有助于推进绿氢制备与可再生能源系统的融合应用，对实现“双碳”目标具有积极意义。
耦合太阳能与可逆固体氧化物燃料电池的低碳能源系统构建与综合性能分析
魏国盟;陈伟文;屈治国;张剑飞;可逆固体氧化物燃料电池具有燃料电池和电解池两种运行模式，其电解模式可进行H_2O-CO2共电解，是一种新型碳转化技术手段。然而其在分布式能源系统中的应用研究尚不充分，主动减碳的潜力也有待发掘。提出了一种耦合太阳能的可逆固体氧化物燃料电池综合能源系统，建立了包含冷热电联供和主动碳减排的系统仿真模型，研究了不同季节系统运行特性和燃料利用率、气源以及价格变动下的技术经济性，并提出一种考虑能量效率、环境效益、经济性和可持续性的综合评价指标。以2 000 m2的办公建筑供能为例分析，在夏季太阳辐射充足时，最大日均主动碳减排量可达53 kg。此外，参数化研究表明燃料利用率、甲烷比例与能量效率和火用效率呈正相关，系统经济性能对电价最为敏感。本研究提出的主动碳减排能源系统区别于被动减排系统，实现了碳排放主动就地消纳，可与传统能源系统灵活耦合，以满足其低碳排放的需求。
基于分段线性化建模的城市综合能源系统优化方法
赵业博;靳森嘉;李培元;杨力群;唐亮;徐加陵;刘祖明;提出了一个针对城市综合能源系统的灵活优化框架，以满足城市的能源需求，降低城市能源系统的碳排放并提升系统的经济效益。(1)基于能量梯级利用原理构建了包含可再生能源的城市综合能源系统，并考虑设备性能及经济参数受设备容量影响提出了一种新颖的更具实际意义的分区间高精度建模方法。(2)从系统建设可行性的角度提出了面向用户端的建设面积因子灵活约束条件，并探讨了面积约束对系统性能的影响。(3)以最小化系统年度总成本和碳排放为目标，建立集成系统设备选型、容量配置和调度方案的新型混合整数线性规划模型框架，解决城市能源系统优化设计及调度问题。结果显示，与设备不分段建模的基准场景相比，系统的年度总成本降低了59%,温室气体排放量降低了29%,而采用多目标优化平衡系统的综合性能，发现年度总成本节省49%,温室气体排放量减少74%。通过引入分区间高精度建模方法和面向用户端的灵活约束条件，优化了城市综合能源系统的设计调度策略，为实现可持续城市能源管理提供了有效的解决方案。
基于双采样数据增广策略的生物医学图像配准-分割联合优化深度网络
吴军;章勇;冯浩然;杨波;赖楚晓;李园园;屈磊;生物医学图像配准与分割在生命科学研究、医学诊断与临床治疗等领域具有重要意义，然而其深度学习方法通常依赖于大规模高质量标注数据，获取成本高昂。现有数据增广技术多基于旋转、平移等线性变换方法生成额外数据，仍难以有效解决生物医学图像对数据亮度多样性与柔性结构形变多样性的需求问题。对此，提出了一种基于配准和分割联合模型的双采样数据增广策略。通过结合亮度场和形变场上的双重采样提升了生成数据的亮度多样性和柔性结构形变多样性。此外，为抑制伪标注数据中错误信息对联合模型产生的误导，采用对抗式训练方式设计了伪标注鉴别器模块来寻找错误的分割预测，抑制了错误信息在数据循环过程中的传播。最后，设计了一种单样本场景下的配准-分割协同框架，在Mindboggle-101人脑MRI数据集、MouseBrain鼠脑fMOST数据集和MM-WHS 2017心脏数据集上，仅使用一幅带标签的训练图像实现了优于对比算法的分割和配准性能，验证了所提数据增广策略的有效性。