雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2021-10)

2021-10-01 16:23:34 0 雙良環(huán)境

1.石墨烯-TiO₂和石墨烯-ZnO納米復(fù)合光催化劑用于廢水處理的綜述
引自：Kunal G. Thakre,Divya P. Barai,Bharat A. Bhanvase.A review of graphene-TiO2 and graphene-ZnO nanocomposite photocatalysts for wastewater treatment.Applied Water Environment Federation,10 August 2021.

圖1 光催化膜的一般優(yōu)缺點(diǎn)

用更新的方法處理廢水已成為人類福祉可持續(xù)發(fā)展的需要。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，納米技術(shù)在提供補(bǔ)救措施以有效減少來自不同來源的廢水中的污染物方面發(fā)揮了重要作用。在各種材料中，半導(dǎo)體由于其優(yōu)異的光活性而獲得了極大的重視。同時(shí)，石墨烯作為最堅(jiān)固的材料之一，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、熱和光學(xué)特性，在減少廢水中的污染物方面也有多種應(yīng)用。隨著納米科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，納米復(fù)合材料的易于合成將這項(xiàng)研究提升到一個(gè)更高的水平。含有光催化活性材料，特別是 TiO₂和 ZnO 的石墨烯納米復(fù)合材料在環(huán)境應(yīng)用中具有多種用途。這些材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，如高比表面積、高光活性、高電子遷移率、高吸附性等，使其適用于光催化廢水處理。由于如此強(qiáng)大的特性，它們?cè)谌コ?降解各種類型的有機(jī)、無機(jī)物以及污染水的病原體方面非常有益。易于制備、增強(qiáng)的光催化活性、吸附污染物的高效率和選擇性吸附等特性使這些納米復(fù)合材料對(duì)水修復(fù)效率具有很高提升空間。此外，使用生物質(zhì)衍生的石墨烯合成這些納米材料也非常有利。這可以進(jìn)一步提高廢水處理過程的可持續(xù)性。此外，未來需要做更多與許多其他方面相關(guān)的工作來改進(jìn)光催化材料。鑒于要實(shí)現(xiàn)的光催化性能，必須開發(fā)涉及石墨烯基光催化劑設(shè)計(jì)的各種策略。此外，石墨烯基光催化劑也具有不同的缺點(diǎn)和挑戰(zhàn)，可以進(jìn)一步研究克服。

2. 一種高效、穩(wěn)定、可重復(fù)使用的聚合物/TiO₂光催化膜對(duì)水污染的治理
引自：Lin Ma,Yu Chen,Junping Zheng. An efficient, stable and reusable polymer/TiO₂ photocatalytic membrane for aqueous pollution treatment,29 March 2021.本研究采用了一種簡便、高效的方法將TiO₂納米粒子(TiO₂ NPs)固定在聚合物基體上，使其同時(shí)具有光催化降解效果好，不需要后處理的優(yōu)點(diǎn)。介紹了2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基氯化銨(MTC)作為可聚合的陽離子配體，與TiO₂建立靜電相互作用NPs提高了納米粒子的分散性，進(jìn)而增強(qiáng)光催化效率。傅里葉變換紅外光譜以及x射線衍射結(jié)果表明，已成功將TiO₂ NPs引入納米復(fù)合材料中，同時(shí)基體固定掃描電鏡和透射電鏡結(jié)果結(jié)果表明，二氧化鈦NPs的分散均勻，粒徑在20 nm左右。系統(tǒng)的光降解實(shí)驗(yàn)證明了制備的聚合物/TiO2納米復(fù)合膜在不同條件下的具有極好的光催化降解效率。亞甲基藍(lán)(MB)在270 min紫外線照射下分解速率可達(dá)99.66%。此外，還發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合光催化劑在循環(huán)分解試驗(yàn)中表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，在20次循環(huán)后仍保持高達(dá)98.7%的降解效率，表現(xiàn)出極好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。所以聚合物/TiO₂納米復(fù)合膜在光催化降解和水污染方面的治理有廣大的應(yīng)用前景。

圖2透射電鏡的圖像

3. 中文標(biāo)題：飲用水處理殘?jiān)纬傻牡h(huán)微生物群具有高氮轉(zhuǎn)化率引自：Wang Changhui , Tian Linqi , Wang Zhanling,et al.Journal of Cleaner Production Volume 2021,320:128840.Drinking water treatment residue structures nitrogen-cycling microbiomes with consequences for high nitrogen conversion.飲用水處理殘?jiān)?DWTR)在環(huán)境修復(fù)中通常表現(xiàn)出良好的微生物脫氮效果?？紤]到DWTR中相對(duì)較高的鐵(Fe)濃度以及Fe循環(huán)微生物群落在自然界中調(diào)節(jié)N循環(huán)的重要性，本研究假設(shè)對(duì)N的良好去除效果來自于DWTR中N與Fe循環(huán)相關(guān)的微生物群落的耦合，然后通過使用宏基因組技術(shù)和高通量測(cè)序分析的微生物富集測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，以干重0.05%的活性污泥播種的DWTR具有較強(qiáng)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化不同形式N的能力。富集約90天后，DWTR中表征了完整的微生物N循環(huán)，包括41個(gè)功能基因。已鑒定的功能微生物群落在不同N水平富集的 DWTR中顯示出相對(duì)較高的相似性，盡管這些群落往往受到N負(fù)荷和初始N濃度的影響。重要的是，通過對(duì)比結(jié)果表明，N循環(huán)途徑（除固氮外）與不同F(xiàn)e循環(huán)屬之間存在密切相關(guān)性，這表明了鐵和氮循環(huán)相關(guān)微生物群落的綜合功能。富集后DWTR對(duì)P的吸附能力仍保持不變。綜上所述，DWTR可增強(qiáng)微生物功能同時(shí)能控制氮磷污染。

4. 中文標(biāo)題：緊密耦合光催化和生物降解反應(yīng)器中光催化劑涂層和操作條件的優(yōu)化：實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器穩(wěn)定高效的性能
引自： Guo Y , Dong S , Zhou D . Optimization of the photocatalyst coating and operating conditions in an intimately coupled photocatalysis and biodegradation reactor: Towards stable and efficient performance[J]. Environmental Research, 2021, 204(Pt A):111971.
緊密耦合光催化與生物降解（ICPB）技術(shù)對(duì)礦化物及持久性有毒物質(zhì)的降解是一項(xiàng)新型的技術(shù)。良好的光催化性能對(duì)于先進(jìn)的ICPB系統(tǒng)至關(guān)重要，光催化劑的涂層和照明條件是強(qiáng)有力的決定因素。在本研究中，采用響應(yīng)面法（RSM）結(jié)合中心復(fù)合材料設(shè)計(jì)（CCD）進(jìn)行分析，以鹽酸四環(huán)素（TCH）為模擬污染物，探索最佳操作條件。采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）形成粘附層，增強(qiáng)P25 TiO₂活性和穩(wěn)定性。在混合時(shí)間為20 h、TiO₂用量為8 g/L、PVB濃度為0.5 wt.%的情況下達(dá)到最佳涂層條件。ICPB反應(yīng)器的最佳運(yùn)行條件為載體體積比為40%，光照強(qiáng)度為6000 μw/cm²。這些條件對(duì)于生產(chǎn)所需的中間體和功能性微生物的生存至關(guān)重要。在最優(yōu)參數(shù)下，有約98%的TCH去除率和約為40%礦化率，對(duì)Q67照度的抑制率僅為30.32%。這是對(duì)ICPB制備和操作進(jìn)行優(yōu)化的第一步，對(duì)ICPB在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

圖3 ICPB反應(yīng)器和相關(guān)機(jī)制的示意圖

5. 中文標(biāo)題：基于高嶺石、水泥、TiO₂的新型復(fù)合材料用于光催化高效去除苯酚
引自：New composite material based on Kaolinite, cement, TiO₂ for efficient removal of phenol by photocatalysis.Latifa Morjène, Fadhel Aloulou, Minoo Tasbihi, et al. Environmental Science and Pollution Research，2021.
光催化是去除水中苯酚等多種有機(jī)污染物的重要方法之一。在本研究中，闡述了一種含有高嶺石、水泥和經(jīng)TiO₂改性的木纖維的新型復(fù)合材料，以用作建筑材料，作為降解苯酚的光催化劑。通過簡單的方法將不同種類和數(shù)量的TiO₂（PC500、P90和C-TiO₂）固定在復(fù)合材料中。采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、N₂吸附-脫附（BET）和掃描電鏡（SEM）對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。這些表征證實(shí)了TiO₂在新型復(fù)合材料中的分散性。FTIR結(jié)果顯示，在2921–2851 cm^-1處出現(xiàn)兩個(gè)峰值，表明粘土顆粒在插入復(fù)合材料之前已成功處理。XRD結(jié)果表明TiO₂的晶相為銳鈦礦。研究了該復(fù)合材料在紫外光（369 nm）照射下降解水溶液中苯酚的光催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，添加TiO₂后，光催化效率顯著提高。與3% PC500和3% C-TiO₂復(fù)合材料相比（苯酚降解率分別為29.88%和22.64%），3% P90 復(fù)合材料（41.65%）的光催化活性最高。結(jié)果表明，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合一級(jí)模型。

圖4
6. 中文標(biāo)題：不同銳鈦礦-金紅石比對(duì)TiO₂同質(zhì)結(jié)催化劑能帶邊緣位置和缺陷狀態(tài)的影響引自：Pooja P. Sarngan, Agasthiyaraj Lakshmanan, Debabrata Sarkar. Influence of Anatase-Rutile Ratio on Band Edge Position and Defect States of TiO₂ Homojunction Catalyst.
Chemosphere 286 (2022) 131692
環(huán)境中的有毒空氣的去除和水的分解已成為全世界面臨的重大挑戰(zhàn)?；旌舷嘟鸺t石-銳鈦礦二氧化鈦催化劑在光催化方面非常有效，并已被廣泛研究。然而，引起這種效應(yīng)的機(jī)制和兩相的能帶排列尚不完全清楚。針對(duì)這個(gè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一維混合相 TiO₂并在價(jià)帶附近引入了缺陷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩相之間的能帶排列，能帶邊緣的上移和最佳銳鈦礦比例在提高光催化活性方面起著關(guān)鍵作用。我們預(yù)測(cè)了由缺陷引起的表面電偶極層引起的能帶邊緣的變化。

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