雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2021-12)

2021-12-01 16:50:28 0 雙良環(huán)境

1.中文標(biāo)題：通過光催化選擇性回收貴金屬
引自：Yao Chen, Mengjiao Xu, Jieya Wen.et al.Selective recovery of precious metals through photocatalysis. NATURE SUSTAINABILITY.
黃金和鉑等貴金屬是各種重要應(yīng)用的寶貴材料，但它們的稀缺性會(huì)有供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，而從廢物中回收貴金屬成為了一個(gè)有前景的解決方案，但是傳統(tǒng)的冶金方法承擔(dān)著高昂的環(huán)境成本和能源消耗。在這里，我們報(bào)告了一種新型光催化過程，可以選擇性地從廢電路板、三元汽車催化劑和礦石中回收七種貴金屬—銀 (Ag)、金 (Au)、鈀 (Pd)、鉑 (Pt)、銠 (Rh)、釕 (Ru) 和銥 (Ir) )。整個(gè)過程不涉及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或有毒氰化物，只需要光和光催化劑，如二氧化鈦（TiO₂）。通過簡(jiǎn)單的還原反應(yīng)，可以溶解廢物源中99%以上的目標(biāo)元素，回收貴金屬，而且純度較高（≥98%）。通過成功制備了公斤級(jí)的催化劑并且使用次數(shù)在100次以上，表明這種方法是可以工業(yè)化的。這項(xiàng)研究為地球資源的循環(huán)利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展開辟了一條新途徑。

2、中文標(biāo)題：可見光照射下有害微藻米氏凱倫藻的光催化滅活和破壞：對(duì)生理反應(yīng)和毒性評(píng)估的啟示
引自：Photocatalytic inactivation and destruction of harmful microalgae Karenia mikimotoi under visible-light irradiation: Insights into physiological response and toxicity assessment. Wang, Wanjun; Liao, Pan; Li, Guiying. Environmental Research. 2021 198：111295.
米氏凱倫藻引起的有害藻華(HABs)在全球近岸海域頻繁發(fā)生，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞和經(jīng)濟(jì)損失。光催化具有利用可持續(xù)陽光原位抑制藻類生長(zhǎng)的潛力。然而，微藻在海洋環(huán)境中的失活和解毒機(jī)制尚未系統(tǒng)研究。本工作首次嘗試以g-C₃N₄/TiO₂固定化膜作為模型光催化劑，可見光驅(qū)動(dòng)光催化滅活K. mikimotoi。通過實(shí)時(shí)活體葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)法，在60 min內(nèi)滅活率可達(dá)64%。固定化光催化劑薄膜還表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定性和可回收性。機(jī)理研究表明，光生h⁺和¹O₂是主要的反應(yīng)物種。熒光顯微鏡結(jié)合SEM觀察監(jiān)測(cè)藻細(xì)胞破裂過程，證實(shí)細(xì)胞膜受損后包括整個(gè)細(xì)胞核在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)成分滲漏。觀察了抗氧化酶活性(即CAT和SOD)、細(xì)胞內(nèi)ROS水平和脂質(zhì)過氧化的生理反應(yīng)。此外，細(xì)胞內(nèi)釋放曲線和急性毒性評(píng)價(jià)表明，毒性K.mikimotoi成功脫毒，釋放的有機(jī)物無細(xì)胞毒性。這項(xiàng)工作不僅為利用太陽光在海洋環(huán)境中原位處理K. mikimotoi提供了一種潛在的新策略，而且為了解光催化處理海洋微藻的滅活和破壞機(jī)制以及對(duì)海洋環(huán)境的毒性影響開辟了途徑。

圖1 g-C₃N₄/TiO₂薄膜光催化劑在VL(λ≥ 420 nm )照射下對(duì)K.mikimotoi的光催化滅活機(jī)理的示意圖

3、中文標(biāo)題：緊密耦合基于無紡布的光催化與生物降解系統(tǒng)高效去除水中銅（II）絡(luò)合物
引自：[1] Yya B , Peng Y A , Yd A , et al. Non-woven cotton fabric based intimately coupling of photocatalysis and biodegradation system for efficient removal of Cu(II) complex in water. 2021.
由于水體中重金屬絡(luò)合物其穩(wěn)定性高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，因此有的效修復(fù)已成為一個(gè)難點(diǎn)且具有挑戰(zhàn)性。在本研究中，我們提出了一種新的策略，采用緊密耦合以無紡布為載體的光催化生物降解（ICPB）技術(shù)對(duì)檸檬酸銅進(jìn)行高效去除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ICPB系統(tǒng)對(duì)銅的去除率高達(dá)94%，高于單一光催化技術(shù)。經(jīng)過5次循環(huán)后，銅的去除率在5小時(shí)內(nèi)仍能達(dá)到78%。0-40 mg/L檸檬酸鹽的存在影響可忽略不計(jì)，而60-100 mg/L檸檬酸鹽對(duì)銅的去除存在上限（~70%）。檸檬酸銅的分解是通過自由基和微生物的作用實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)主要過程，微生物對(duì)Cu²⁺的生物吸附和Cu0附著在材料表面，對(duì)水溶液中銅的去除起著重要作用。這個(gè)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)微生物為變形菌、放線菌、擬桿菌、氯曲菌屬、綠藻門、扁平菌屬和疣狀菌屬。此外，通過對(duì)其它重金屬化合物的處理，也驗(yàn)證了ICPB體系的有效性。該研究為廢水中重金屬化合物的去除提供了可行的策略。

圖2 ICPB體系中Cu化合物降解和Cu回收的可能機(jī)制
4、0-D三元金屬氧化物(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)納米混合物與1-D羥基磷灰石(HAp)納米棒協(xié)同作用，用于人工合成廢水中RhB的去除和水分解析氫引自：Kingdom Alorku,M. Manoj,Cui Yanjuan,etc.Nanomixture of 0-D ternary metal oxides (TiO₂-SnO₂-Al₂O₃) cooperating with 1-D hydroxyapatite (HAp) nanorods for RhB removal from synthetic wastewater and hydrogen evolution via water splitting.Applied Chemosphere Volume 273, June 2021, 128575.這項(xiàng)工作是為了設(shè)計(jì)一種從工業(yè)廢水中去除陽離子染料的可行替代方法。在這方面，合成了(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)配合羥基磷灰石(HAp)納米棒的納米混合液作為催化劑，用于從水介質(zhì)中降解羅丹明B (RhB)染料。通過XRD、FESEM、TEM、XPS、FTIR、BET-BHJ、UVeVis和Raman光譜等手段對(duì)水熱法制備的羥基磷灰石納米混合液(HNM)的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，所合成的材料是平均晶粒尺寸為12.53 nm的納米棒，BET比表面積為60.81 m² /g，在不同ph條件下( 酸性、堿性和中性 )對(duì)羅丹明B具有很好的去除效果。在酸性介質(zhì)中使用(5 ppm)RhB在紫外線照射30 min內(nèi)達(dá)到97%的最大去除率，而在較高濃度（20 ppm）下，在相同反應(yīng)條件下僅需90 min即可實(shí)現(xiàn)98%的RhB降解。在60分鐘內(nèi)生成129.45 mmol/ g 氫氣（H₂）的情況下，探索了所制備的納米混合物通過水裂解生成氫氣的進(jìn)一步催化潛力。我們的研究結(jié)果表明，所制備的納米混合物可以用作去除工業(yè)過程中使用的廢染料的有效催化劑，也可以用作催化劑氫氣生產(chǎn)。

圖3 羥基磷灰石納米混合液( HNM )合成示意圖

5、中文標(biāo)題：膜曝氣生物反應(yīng)器結(jié)合超聲進(jìn)行生物膜剝離的模型的建立及其生物膜厚度控制
引自：Mg A，Sheng C B，Ss A. Development of an integrated ultrasonic biofilm detachment model for biofilm thickness control in membrane aerated bioreactors[J]. Applied Mathematical Modelling, 2021.控制曝氣膜生物膜反應(yīng)器(MBfR)的生物膜厚度是MBfR保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在這種情況下，聲空化則是一種有效的控制生物膜厚度的方法。然而，為了使生物膜厚度保持在一個(gè)最佳值，就必須了解聲學(xué)參數(shù)和空化泡分布對(duì)生物膜剝離的影響，并建立生物膜剝離和再生之間的聯(lián)系。本文采用非線性反應(yīng)擴(kuò)散模型，建立了曝氣膜生物膜反應(yīng)器中生物膜發(fā)展及其對(duì)聲空化產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。模擬結(jié)果表明，壓力、換能器振幅和頻率是影響生物膜剝離的兩個(gè)關(guān)鍵因素。此外，生物膜表面空化的均勻分布是獲得均勻生物膜厚度的關(guān)鍵。此外，在兩者之間有一個(gè)適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間的周期性空化剝離對(duì)于維持生物膜厚度在預(yù)期值很重要。因此，本研究旨在提出一種綜合模擬方法來優(yōu)化聲空化參數(shù)和方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲基溴化銨生物膜厚度的有效控制。

6、中文標(biāo)題：推動(dòng)光催化和生物降解系統(tǒng)緊密耦合的實(shí)際應(yīng)用:系統(tǒng)改進(jìn)、環(huán)境影響和分析策略
引自：[1] Hz A , Yin L A , Yi L A , et al. Propelling the practical application of the intimate coupling of photocatalysis and biodegradation system: System amelioration, environmental influences and analytical strategies[J]. Chemosphere, 2021.
由于系統(tǒng)運(yùn)行過程中生物成分和光催化劑之間的緊密聯(lián)系，光催化和生物降解（ICPB）的緊密耦合具有更強(qiáng)的頑固污染物去除和能量產(chǎn)生的能力。 ICPB系統(tǒng)中的光催化劑可以處理有毒污染物，減輕微生物的外部壓力，實(shí)現(xiàn)光催化降解產(chǎn)物的礦化。然而，由于復(fù)合系統(tǒng)中的組件復(fù)雜，ICPB系統(tǒng)的作用機(jī)制尚未完全了解。此外，可變的環(huán)境條件將在ICPB系統(tǒng)性能中發(fā)揮重要作用。 ICPB方案的進(jìn)一步發(fā)展需要明確如何在實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確了解系統(tǒng)狀況。本次審查首先提供有關(guān)系統(tǒng)構(gòu)建和系統(tǒng)組件改進(jìn)的最新進(jìn)展的詳細(xì)信息。然后我們描述了相關(guān)環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)性能的潛在影響，并進(jìn)一步總結(jié)了適用于理解系統(tǒng)運(yùn)行過程中關(guān)鍵過程的分析策略。最后，我們提出了當(dāng)前系統(tǒng)的研究空白，并展望了該系統(tǒng)的前瞻性應(yīng)用。該綜述為今后致力于在ICPB系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中評(píng)估環(huán)境擾動(dòng)和探索反應(yīng)機(jī)制的研究提供了有價(jià)值的參考。

7、中文標(biāo)題：固定化二氧化鈦在固定基質(zhì)上的直接染料廢水光催化降解研究
引自：Woottikrai Chairungsri a,d , Arisa Subkomkaew a,d , Pimluck Kijjanapanich a,c , Yothin Chimupala b,c, Direct dye wastewater photocatalysis using immobilized titanium dioxide on fixed substrate. Chemosphere.
光催化技術(shù)是一種很有前途的廢水脫色技術(shù)。在光催化過程中，二氧化鈦(TiO₂)因其成本低、用途廣而被廣泛用作催化劑。然而，使用二氧化鈦粉末會(huì)導(dǎo)致很難從處理過的廢水中分離。因此，本課題研究了二氧化鈦在玻璃和鐵珠等兩種不同基質(zhì)上的固定化。采用噴霧液相法制備復(fù)合材料分散到基材上，然后材料在不同的溫度(600-750?C)煅燒。在700?C煅燒溫度下，SEM和EDS分析表明，TiO₂顆粒均勻分布在基體上。重要的是，沉積的TiO₂顆粒為銳鈦礦和金紅石混合相結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)都被認(rèn)為有利于光催化過程。最終，在700?C煅燒的復(fù)合材料在4 h的直接染料光降解效率達(dá)到了64.0%。重復(fù)使用的催化劑在第二循環(huán)中降解效率沒有明顯變化，表明其具有可重復(fù)使用的能力。第二次使用后，固定化TiO₂在固定基質(zhì)上的穩(wěn)定性仍然很高。

圖4

8、中文標(biāo)題：一種底棲生物擾動(dòng)耦合生物膜形成增強(qiáng)脫氮去除技術(shù)用于緩解淡水富營(yíng)養(yǎng)化的新策略
引自：Nitrogen removal enhanced by benthic bioturbation coupled with biofilm formation: A new strategy to alleviate freshwater eutrophication, Wei Yang, Jingmei Yao, Yan He,Journal of Environmental Management , https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112814.
過量的氮進(jìn)入水體會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化，從而降低生物多樣性，降低淡水功能。沉積物中的氮污染是導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化難以控制的重要原因之一。疏浚和復(fù)蓋底泥污染等物化技術(shù)容易破壞和均勻化水生生境。為了從生態(tài)角度緩解淡水富營(yíng)養(yǎng)化的問題，本研究結(jié)合生物擾動(dòng)和生物膜的功能，測(cè)試它們對(duì)沉積物和水中氮的去除效果。結(jié)果表明，采用耦合功能（生物擾動(dòng)+生物膜，SCB）的總氮去除率大于單一功能（生物擾動(dòng)或生物膜）。SCB處理的總氮去除率是對(duì)照組無搖蚊和生物膜培養(yǎng)基的3.19倍。搖蚊生物擾動(dòng)促進(jìn)了氮從沉積物向上覆水體的釋放。生物膜強(qiáng)化了搖蚊對(duì)氮的轉(zhuǎn)化和去除，使SCB處理的上覆水中總氮濃度最低。脫氮的增強(qiáng)可能是由于耦合作用增加了沉積物和生物膜中反硝化和厭氧氨氧化功能菌的豐度。所以，將底棲動(dòng)物與生物膜介質(zhì)相結(jié)合的方法不僅是減少淡水生態(tài)系統(tǒng)中沉積氮負(fù)荷的可行解決方案，而且也是減輕上覆水體富營(yíng)養(yǎng)化的解決方案。水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和管理應(yīng)考慮保護(hù)底棲生物的棲息地，同時(shí)保持生物膜的異質(zhì)性。因此，可以將底棲生物和生物膜介質(zhì)添加到富營(yíng)養(yǎng)化的水生生態(tài)系統(tǒng)中，加強(qiáng)對(duì)氮的去除。底棲生物擾動(dòng)加生物膜形成強(qiáng)化脫氮是降低淡水富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)的一種可能的原位策略。

圖5：本研究的框架及其可能的原位應(yīng)用

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