雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2020-12)

2020-12-01 12:50:24 0 雙良環(huán)境

1.中文標(biāo)題：水處理用三維石墨烯氣凝膠
引自：Haitao Wang，Xueyue Mi，Yi Li，Sihui Zhan.3D Graphene‐Based Macrostructures for Water Treatment. Applied Advanced Materials.

圖1 a）3D石墨烯氣凝膠作為吸附劑，用于從水中去除有機(jī)污染物。 a-i-aiii）一滴十六烷的吸收過程的視頻快照，以及a-iv）石墨烯氣凝膠表面上的水滴的光學(xué)照片。b）石墨烯氣凝膠對(duì)不同有機(jī)溶劑的吸收能力。 c）吸附/解吸循環(huán)顯示石墨烯氣凝膠對(duì)正己烷具有極好的可回收性。 d）不同染料的石墨烯氣凝膠的吸收能力。

基于三維結(jié)構(gòu)的石墨烯氣凝膠作為一種新型的多孔炭材料，在水處理方面具有巨大的潛力。除了繼承石墨烯的優(yōu)良特性外，它們還具有獨(dú)特的集體特性，如超輕、高孔隙率、優(yōu)良的導(dǎo)電性、無接縫互連的孔結(jié)構(gòu)、易于處理和回收利用。更重要的是，它們可以作為開發(fā)具有大量最高性能和新穎功能的先進(jìn)材料的理想框架。因此，3D-GBMs在水凈化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
盡管這一蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域取得了迅速而可觀的進(jìn)展，但仍有幾個(gè)關(guān)鍵問題需要解決，以充分發(fā)揮其潛力。首先，盡管3D-GBMs技術(shù)的潛力已經(jīng)在水處理的一些應(yīng)用中得到了證明，但是如何將這些技術(shù)集成到現(xiàn)有的水處理系統(tǒng)中仍然需要系統(tǒng)的評(píng)估研究。
最后，利用模型污染物在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上完成了目前所有的研究，以評(píng)估3D-石墨烯氣凝膠的潛力。隨著知識(shí)的積累，3D-石墨烯氣凝膠的研究應(yīng)該向中試和全尺寸的方向發(fā)展，這對(duì)于評(píng)估3D-石墨烯氣凝膠在實(shí)驗(yàn)室外的實(shí)際應(yīng)用潛力是非常迫切的。

2. 中文標(biāo)題：分子印跡硫摻雜納米二氧化鈦對(duì)雙酚a的新型選擇性吸附和光降解

引自：Guangzhu Zhou, Ph.D., Yiyun Cao, Yuqin Jin , Cuizhen Wang, Ph.D.,et al. Novel selective adsorption and photodegradation of BPA by molecularly imprinted sulfur doped nano-titanium dioxide. Journal of Cleaner Production 274 (2020) 122929.

為了實(shí)現(xiàn)雙酚A (BPA)的選擇性吸附和光催化與吸附的協(xié)同作用，采用化學(xué)法制備了載于硫摻雜二氧化鈦空心球(MICST)上的分子印跡表面聚合納米粒子。首先，在表面活性劑CTAB和SDS的幫助下，合成均勻的硫摻雜二氧化鈦顆粒(CST)，然后在表面負(fù)載分子印跡聚合物層，最后去除模板分子后得到硫摻雜二氧化鈦的分子印跡聚合物層。采用TEM、SEM、EDS、FTIR、BET和XRD對(duì)材料進(jìn)行了表征。BET試驗(yàn)測得的比面積為160 m²/g。對(duì)接觸時(shí)間、pH、選擇性等參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和優(yōu)化。并對(duì)其吸附量、選擇性及光降解活性進(jìn)行了研究。Langmuir吸附模型驗(yàn)證了雙酚a的最大吸附量為191 mg/g。它優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的大多數(shù)印跡光催化劑。此外，還研究了印跡聚合物用量對(duì)其光降解效果的影響。該材料可作為處理廢水中難降解有機(jī)污染物的重要候選材料。

3.中文標(biāo)題：刻蝕參數(shù)對(duì)硅納米線/氧化石墨烯納米復(fù)合材料光催化活性的影響

引自：Mounir Gaidi ^1,2,4,^∗ , Kais Daoudi ^1,2 , Soumya Columbus ^2,3, Anouar Hajjaji ⁴ , My Ali El Khakani ⁵ , Brahim Bessais . Enhanced photocatalytic activities of silicon nanowires/graphene oxide nanocomposite: Effect of etching parameters.journal of environmental sciences 101 (2021) 123–134

使用銀輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)成功地制備了均質(zhì)且垂直排列的硅納米線（SiNW）。使用掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡和原子力顯微鏡對(duì)制備的樣品進(jìn)行表征。已經(jīng)研究了氧化石墨烯（GO）改性的SiNWs的光催化降解性能。我們發(fā)現(xiàn)，SiNWs的形態(tài)取決于蝕刻時(shí)間和蝕刻劑成分。當(dāng)將蝕刻時(shí)間從5分鐘更改為30分鐘時(shí)，SiNW的長度可以從1μm調(diào)整為42μm。發(fā)現(xiàn)蝕刻劑的濃度可以加速蝕刻過程。對(duì)于固定的蝕刻時(shí)間，將濃度加倍會(huì)使SiNW的長度增加兩倍。還研究了束形態(tài)的變化作為蝕刻參數(shù)的函數(shù)。發(fā)現(xiàn)SiNW的直徑與SiNWs束的尺寸隨刻蝕時(shí)間和刻蝕劑濃度的增加而增加。發(fā)現(xiàn)GO的加入顯著改善了SiNWs的光催化活性。觀察到蝕刻參數(shù)與光催化效率之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，主要是針對(duì)在最佳蝕刻時(shí)間10分鐘和4：1：8的蝕刻劑濃度下制備的SiNW。降解效率為92％，通過添加過氧化氫進(jìn)一步提升降解效率至96％。裸硅樣品和GO /裸硅樣品的降解效率分別只有16％和31％。所得結(jié)果表明，所開發(fā)的SiNWs / GO復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能，可作為降解有機(jī)污染物的潛在平臺(tái)。

4. 中文標(biāo)題：異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的制備及其在可見光下抑制銅綠微囊藻活性的研究
引自：Fabrication of heterostructured Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)
nanocomposite for efficient photocatalytic inactivation of Microcystis
aeruginosa under visible light Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2),Gongduan Fan, Jiajun Zhan, Jing Luo, et al. Journal of Hazardous Materials 404 (2021) 124062

圖4 可見光下Ag/AgCl@g-C₃N₄@UIO-66(NH₂)催化滅活銅綠假單胞菌的可能機(jī)制
本文研究了一種新型異質(zhì)結(jié)光催化劑Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)在可見光下催化滅活銅綠微囊藻（M.aeruginosa）。采用液相法合成了光催化劑，并用X射線衍射（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）、BET比表面積、X射線電子能譜（XPS）、傅里葉變換紅外（FTIR）、紫外-可見漫反射光譜（UV-vis DRS）、光致發(fā)光（PL）和電化學(xué)阻抗（EIS）對(duì)其進(jìn)行了表征。納米復(fù)合材料不僅可以提供大量的活性位點(diǎn)，而且可以提高利用可見光能量和有效轉(zhuǎn)移電荷載體的能力，從而提高藍(lán)藻的去除效率（葉綠素a在180 min內(nèi)降解了99.9%）。研究了光催化降解葉綠素a的各種因素。此外，還研究了光催化過程中銅綠假單胞菌細(xì)胞形態(tài)、膜透性、生理活性的變化。循環(huán)試驗(yàn)表明，Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)具有良好的可重復(fù)利用性和光催化穩(wěn)定性。最后，提出了銅綠假單胞菌失活的可能機(jī)制。總而言之，Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)在可見光下能有效地滅活藍(lán)藻，為進(jìn)一步去除水體中的有害藻類提供了有益的參考。

5. 中文標(biāo)題：電化學(xué)輔助光催化同時(shí)降解水中有機(jī)微污染物和滅活微生物
引自：I. Salmerón a, B P K S , M.I. Polo-López a, et al. Electrochemically assisted photocatalysis for the simultaneous degradation of organic micro-contaminants and inactivation of microorganisms in water[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2021, 147:488-496.

圖5 實(shí)驗(yàn)裝置原理圖
本項(xiàng)研究提出了對(duì)光電化學(xué)反應(yīng)器同時(shí)降解有機(jī)微污染物（OMCs）和使真實(shí)地表水中的細(xì)菌失活的性能的評(píng)估。目標(biāo)有機(jī)微生物為特布汀、氯芬磷和雙氯芬酸(各500 µg L-1),模型菌為大腸桿菌 k12(10⁶cfu mL^-1)。該反應(yīng)器使用了一個(gè)由兩個(gè)鈦網(wǎng)電極組成的光陽極，通過陽極氧化，在表面形成自組裝的整齊的二氧化鈦納米管。研究了兩種陰極材料，即Pt和碳?xì)?。電化學(xué)輔助光催化（EAP）觀察到較高的大腸桿菌滅活率，鉑CE的還原值（LRV）和碳?xì)株帢O在2小時(shí)內(nèi)的2.7-LRV，而光催化的只有0.8 LRV（開放）電路。采用炭氈陰極和外加電位在90min 內(nèi)實(shí)現(xiàn)了4.5-LRV。對(duì)于電化學(xué)輔助光催化和光催化（開路）降解的有機(jī)微污染物，觀察到相似的降解動(dòng)力學(xué)，在60分鐘內(nèi)總有機(jī)微污染物去除了約70％，并對(duì)羥基自由基、H₂O₂和氯的生成進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以闡明降解和消毒的機(jī)理。研究結(jié)果表明，電化學(xué)輔助光催化比光催化單獨(dú)處理有機(jī)微污染物和對(duì)水的消毒效果更好。

6. 中文標(biāo)題：長江沿岸大壩轉(zhuǎn)移了微生物群落并影響了氮的轉(zhuǎn)化
引自：Gao Y , Zhang W , Li Y , et al. Dams shift microbial community assembly and imprint nitrogen transformation along the Yangtze River - ScienceDirect[J]. Water Research, 2020, 189.
水壩對(duì)防洪、蓄水、灌溉、發(fā)電、航運(yùn)等都很重要，被認(rèn)為是水生生態(tài)系統(tǒng)中最大的人為干擾。但是，水壩在大流域尺度上對(duì)氮素轉(zhuǎn)化影響的研究較少。為了更明確的研究大壩對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的影響，利用16s rRNA基因測序技術(shù)研究沿長江流域不同壩況下的生物動(dòng)力學(xué)與生態(tài)過程，因?yàn)槲⑸锶郝湓诘D(zhuǎn)化中起著關(guān)鍵作用。與地形相比，水壩對(duì)沿江微生物群落分布格局的影響更為顯著。結(jié)果表明，通過控制懸沙濃度，水壩過濾了主要的石種，重塑了群落的分布，介導(dǎo)了微生物群落的生態(tài)組裝過程。此外，大壩與氮素轉(zhuǎn)化之間存在直接因果關(guān)系是通過微生物群落連接起來的。綜上所述，本研究結(jié)合水文學(xué)、微生物生態(tài)學(xué)、生物地球化學(xué)等學(xué)科知識(shí)，揭示了不同水壩對(duì)大江大河氮轉(zhuǎn)化的影響，強(qiáng)調(diào)了懸沙和微生物群落的關(guān)鍵作用。我們期望更精確地模擬和預(yù)測大流域的氮轉(zhuǎn)化，這可能為控制水環(huán)境中的氮提供新的視角。

圖6 沿江優(yōu)勢群落組成。（a）對(duì)不同閾值采用兩種常用的分割方法的穩(wěn)定性。最佳族群的數(shù)目由Calinski-Harabasz指數(shù)和拉普拉斯近似法表明。（b）非計(jì)量多維標(biāo)度（NMDS）圖顯示了用DMM方法劃分的5種不同亞群落類型之間的區(qū)別。（c）長江沿岸3個(gè)季節(jié)所有沉積物樣品的亞群落類型分布。（d）蒙特卡羅模擬的Fisher精確檢驗(yàn)和Chisquare檢驗(yàn)對(duì)群落類型與地貌類型、壩況類型和季節(jié)類型劃分之間的關(guān)聯(lián)性。

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