Photoluminescence study on coarsening of self-assembled InAlAs quantum dots on GaAs (001)

Red-emission at similar to 640 nm from self-assembled In0.55Al0.45As/Al0.5Ga0.5As quantum dots grown on GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE) has been demonstrated. We obtained a double-peak structure of photoluminescence (PL) spectra from quantum dots. An atomic force micrograph (AFM) image for uncapped sample also shows a bimodal distribution of dot sizes. From the temperature and excitation intensity dependence of PL spectra, we found that the double-peak structure of PL spectra from quantum dots was strongly correlated to the two predominant quantum dot families. Taking into account quantum-size effect on the peak energy, we propose that the high (low) energy peak results from a smaller (larger) dot family, and this result is identical with the statistical distribution of dot lateral size from the AFM image.

重金属污染土壤的自养菌和异养菌淋滤修复研究

本文以冶炼厂和张士灌区土壤为修复对象，以镉、铅、锌、铜为目标污染物，在室内模拟实验条件下，利用自养菌-嗜酸性氧化亚铁硫杆菌和异养菌-黑曲霉淋滤技术修复重金属污染土壤。在考察自养菌和异养菌对重金属污染土壤修复效果的基础上，重点研究了溶解性有机质和耐酸性异养菌对淋滤修复的影响和机制，同时筛选确定替代蔗糖黑曲霉发酵产酸的廉价碳源。结果发现： 自养菌-氧化亚铁硫杆菌淋滤修复过程中，筛选鉴定嗜酸性氧化亚铁硫杆菌R2对甲酸、乙酸、丙酸、草酸、苹果酸和柠檬酸的耐受浓度分别为0.1、0.4、0.4、2.0、20和40 mmol/L，而高效液相色谱测定沈阳冶炼厂土壤和张士灌区土壤中低分子量有机酸浓度很低，其中草酸含量最高，分别仅为0.04mmol/L和0.149mmol/L，远低于氧化亚铁硫杆菌能耐受的有机酸浓度。同时土壤中溶解性有机质对氧化亚铁硫杆菌R2氧化Fe2+未产生抑制作用，而耐酸性异养微生物H1（红酵母菌）和H2（头孢霉）的加入对氧化亚铁硫杆菌R2淋滤去除重金属效果未产生明显促进作用，本研究中分离筛选的嗜酸性氧化亚铁硫杆菌R2可直接应用于污染土壤的生物淋滤修复。经过5d的生物淋滤，冶炼厂土壤中Cu、Zn和Cd的最高去除率分别为30.6%、58.4%和72%。 在一步黑曲霉生物淋滤过程中，当固液比5%（w/v）、接种量3%（v/v）和淋滤修复7d时，对冶炼厂土壤来说，Cu、Cd、Pb和Zn去除率分别为75.8%，100%，30.6%和26.1%；张士灌区土壤中分别为54%，71.8%，9.5%，18.7%。在二步黑曲霉生物淋滤过程中，当固液比10%（w/v）、接种量为2%（v/v）和黑曲霉发酵时间7d，淋滤2d时，冶炼厂土壤中四种重金属去除率分别为Cu 84%，Cd 75.5%，Pb30.5%和Zn10%；张士灌区土壤中Cu、Cd、Pb和Zn的去除率分别达到57%，94.8%，20.4%和17.5%。 异养菌-黑曲霉淋滤修复重金属污染土壤效果优于有机酸淋滤。与黑曲霉淋滤相比，在直接添加有机酸淋滤修复中，冶炼厂土壤中重金属去除率分别为Cu 46.4%，Cd 61.8%，Pb 30.2%和Zn 43.3%，张士灌区土壤中重金属去除率分别为Cu 44%，Cd 0%，Pb 0%和Zn 26.2%。 淋滤前后土壤中重金属形态分级结果表明，黑曲霉一步和二步淋滤修复能有效去除污染土壤中交换态、碳酸盐结合态部分重金属，并能显著降低氧化物结合态部分重金属，但对有机态和残余态部分重金属离子去除效果并不明显。 以树木落叶和农作物副产品作为廉价碳源实施黑曲霉淋滤实验表明：杨树叶、桃树叶、土豆皮和玉米芯产酸和去除重金属效果较好。杨树叶对冶炼厂土壤中重金属去除率分别为63.5% Cu、100% Cd、16.8% Pb和Zn 27%；桃树叶去除效果分别为Cu61.8%、Cd100%、14.6%Pb和28.5%Zn；土豆皮去除效果分别为61%Cu、100%Cd、10.6%Pb和34%Zn。这些廉价碳源的利用可降低污染土壤生物淋滤修复成本。 研究生物淋滤修复技术为重金属污染土壤处理与处置开辟了新途径。

石油污染土壤堆腐清洁技术研究

本项研究利用自行设计的国内首创的生物堆腐池对污染土壤中的石油降解条件进行研究，并优化其运行工艺参数。本研究采用三株真菌进行堆腐败石油污染土壤的实验。堆腐池为：长 * 宽 * 高 = 118.5 * 65.5 * 12.5 = 0.097M~3，通气、养分、水分等调控在好氧条件下进行。本实验设计了5个处理组，进行了室内小试实验和室外中试实验，探讨了污染土壤中石油的净化效果，为此技术推广应用奠定了基础。研究结果如下：1 室内模拟实验表明，P菌能有效地降解污染土壤的石油。在50天的时间，达到66.1%的降解率，比次位的土著F菌61.8%，高出近5个的百分点。说明，其可以高效降解污染土壤的石油，可以用于石油污染土壤的生物修复处理。2 通气的调控是本实验中微生物生长好坏的一个非常重要的指标。利用生物泥浆反应器进行室内堆腐实验的模拟。设计了6个处理的比较实验，反应容积为4710cm~3，在50天的实验过程中得出，通气为每立方米土，22.37m~3/min(通气10分），是最佳通气条件。3 在微生物降解污染土壤中，设计正交实验，确立了土壤生物修复的调控因子，表明，温度对实验过程的影响最大，养分次之，pH和温度作为调控因子，对实验过程的影响较小。最后确立条件：温度25 ℃,湿度20%（W/W），pH6-8，C:N:P为100:10:1。4 处理的污染土样组分，进行了GC/MS的谱图分析。表明，污染土壤中含有14，15，16，17，18烷，菲，萘等，还有烯烃和环烷烃，而且本底很高，说明本污染土壤是一个复杂的混合物。5 通过设计不同浓度，不同温度，进行了土壤中组分的挥发性实验。得出，在浓度一定时，温度高的挥发率大于温度低的；在温度一定时，低浓度挥发率高于高浓度的。而原始污染土壤中的挥发率则很低，可以忽略。6 通过室外堆腐实验中的呼吸强度，耗氧变化，油降解能力之间的实验观察，发现三者之间成正相关，调控前二者之间的变化，就可以促进油的降解，为该工艺的应用提供了技术参数。7 在二年度室外实验过程中，得出，白腐真菌P菌为一株良好的石油降解菌，在200天时间内，初始浓度为5.8%的石油污染土壤，石油降解率能达到79.1%，在其后，降解曲线上升平缓，其原因还需今后进一步研究。8 通过对温主观气体CH_4和N_2O二种温室气体的实验观测，研究了污染土壤在生物修复过程中的温室气体的排队放通量。结果表明，N_2O, CH_4通量较小，本实验堆腐过程中不是温室气体的一个源。