雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-01)

2022-01-01 17:11:59 0 雙良環(huán)境

1.中文標題：源頭河流中滲透性砂基質中的微生物群落是由水化學而非粒度和異質性形成的
引自： Wang W , Hu M , Shu X , et al. Microbiome of permeable sandy substrate in headwater river is shaped by water chemistry rather than grain size and heterogeneity[J]. Science of The Total Environment, 2021, 780:146552.
土壤和沉積物中的微生物群落庫具有許多生態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)服務功能。有人認為它的多樣性和群落結構可以由粒度的不同和異質性決定。然而，這些結論大多來自于在限制性土壤、不滲透的海洋和淡水沉積物（基質）中進行的研究。這些結論是否適用于滲透性基底，尤其是上游河流生態(tài)系統(tǒng)，還有待觀察。為了解決這個問題，我們進行了一項野外實驗，旨在評估中等粒徑與不均勻分布和微生物多樣性之間的關系。在中國中部的一條源頭河流中接種了具有梯度粒度和異質性的滲透性基質，三個月后通過高通量測序對整個微生物群落和三個反硝化菌群落的多樣性和群落組成進行了調查。利用16S rRNA（一種多樣性分類標記）對整個微生物群落進行測序。使用三種功能基因標記三個反硝化菌群落：nirK、nirS和nosZ對這些基因進行測序。結果表明，總微生物群落和三個反硝化菌群落的多樣性和群落結構都是由水化學決定的，而不是由粒度和粒度分布異質性決定的，盡管粒度和異質性對基質的營養(yǎng)濃度有積極影響。與整個微生物群落相比，反硝化功能群具有更獨特的物種比例，這表明功能基因對環(huán)境的改變比16S rRNA更敏感。我們的補充了源頭河流中滲透性沉積物中的微生物群落，并強調了在mm尺度上的粒度和異質性在構建微生物群落的多樣性和結構上并不那么重要。

圖1 實驗圖

2.將P25粉末設計成定制的珠粒以實現(xiàn)高效的水質凈化
引自：George V. Theodorakopoulos,Fotios K. Katsaros,Sergios K. Papageorgiou,etc.Engineering Commercial TiO₂ Powder into Tailored Beads for Efficient Water Purification.Applied Materials 2022, 15(1), 326.

圖2 同軸氣流珠發(fā)生器原理
在這項研究中，高效的商業(yè)光催化劑 (Degussa P25) 納米粒子在藻酸鹽（一種金屬結合的生物聚合物）中被有效地分散和固定。利用海藻酸鹽優(yōu)異的金屬螯合性能，經(jīng)過熱解或煅燒燒結程序開發(fā)了銅納米顆粒裝飾的光催化劑，與粉末光催化劑相比，產(chǎn)生的陶瓷珠具有增強的光催化和機械性能、優(yōu)異的耐磨性和優(yōu)化的光催化能力。利用液氮孔隙率測定、掃描電鏡和X射線衍射研究了其形貌和結構特征。通過重復實驗在黑暗和紫外線照射下探索了有機污染物（甲基橙）的減排。光催化珠的最終性能由合成過程和熱處理條件決定，可以被進一步優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，熱解碳殘留物使TiO₂納米顆粒能夠粘附，起到粘合劑的作用，并增加了甲基橙吸附容量，導致光催化劑附近的局部濃度增加。分散良好的銅納米顆粒也能提高光催化活性。所制備的光催化劑表現(xiàn)出增加的甲基橙吸附容量（高達3.0 mg/g），并且在短接觸時間（3 h）下，從水溶液中去除約50%甲基橙，達到約80%的甲基橙截留率。最后，制備的光催化劑在至少四個連續(xù)的光催化循環(huán)中沒有顯著降低光催化效率。

3.中文標題：石墨狀氮化碳摻雜CuO納米粒子恢復其光催化抑藻活性
引自：Cao Xuesong; Yue Le; Lian Fei, et al. CuO nanoparticles doping recovered the photocatalytic antialgal activity of graphitic carbon nitride. Journal of Hazardous Materials. 2021 403, 123621.
本工作合成了石墨狀碳氮化物（g-C₃N₄）和摻雜g-C₃N₄（Cu-g-C₃N₄）的CuO納米顆粒，并研究了腐殖酸（HA）對g-C₃N₄和Cu-g-C₃N₄光催化抗藻活性的影響機制。g-C₃N₄和Cu-g-C₃N₄對兩種藻類（銅綠微囊藻、普通小球藻）72小時的平均有效濃度分別為（56.4, 89.6 mg/L）和（12.5, 20.6 mg/L）。Cu-g-C₃N₄比g-C₃N₄具有更高的光催化抑藻活性，因為：1) Cu-g-C₃N₄比g-C₃N₄具有更低的表面電位和更高的疏水性，更容易與藻細胞團聚；2)與g-C₃N₄相比，Cu-g-C₃N₄具有更高的全波長光利用效率和更高的電子-空穴對分離效率，因此產(chǎn)生更多的O₂^-、·OH和h⁺。10 mg/L HA抑制了g-C₃N₄的光催化抑藻活性，而HA對Cu-g-C₃N₄沒有影響。其機理為：1)摻雜CuO納米顆粒占據(jù)了HA在g-C₃N₄上的吸附位點，緩解了HA對g-C₃N₄-藻聚集體的抑制作用；2) HA吸附在CuO納米顆粒上提高了Cu-g-C₃N₄的氧還原速率。本工作為天然有機物對g-C₃N₄光催化抑藻活性的抑制機制提供了新的見解，并解決了g-C₃N₄在環(huán)境應用中的優(yōu)化問題。

圖3 不同濃度的g-C₃N₄（A）和Cu-g-C₃N₄（B）對銅綠微囊藻的抑藻活性隨時間的變化

4.中文標題：沉積物養(yǎng)分、生態(tài)狀況及湖泊恢復狀況
引自：Jukka Horppila, Sediment nutrients, ecological status and restoration of lakes： Water Research 160 (2019) 206e208.
磷是導致淡水富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質。湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的大部分磷通常儲存在底部沉積物中，因此，磷從沉積物中循環(huán)到水體中會對水質產(chǎn)生顯著的負面影響。然而，在《歐洲水框架指令》確定的生態(tài)狀況評估中，并未將沉積物養(yǎng)分考慮在內。這會鼓勵湖泊管理者以犧牲沉積物為代價來改善水質。例如，為了快速改善水質，磷的化學滅活已應用于許多湖泊的沉積物中。雖然這可能產(chǎn)生立竿見影的效果，但沉積物磷的失活實際上可能會延緩湖泊生態(tài)系統(tǒng)的長期恢復，抑制營養(yǎng)物質的再利用。在某些特定情況下，這些損害沉積物質量的快速恢復工作是合理的。然而，我們應該制定一個總體戰(zhàn)略，促進湖泊生態(tài)系統(tǒng)的永久恢復包括它們的沉積物。由于驗證這一事實需要在很長一段時間后才能反映出切實的結果，因此目前我們可能很難找到對此類恢復活動的支持。

5.中文標題：光催化和生物技術消除水中微塑料的研究現(xiàn)狀引自：[1]Ebrahimbabaie P, Yousefi K, Pichtel J. Photocatalytic and biological technologies for elimination of microplastics in water: Current status[J]. Science of The Total Environment, 2022, 806: 150603.塑料微粒污染水體已成為重要的環(huán)境和公共衛(wèi)生問題。飲用水和廢水處理設施中的一些傳統(tǒng)技術能夠從地表水中捕獲大量的塑料微粒；然而可用于實際破壞微塑料的方法是有限的，成功率也不穩(wěn)定，其破壞MP的實際機制也只了解到部分。光催化和微生物降解技術在實驗室規(guī)模上顯示了將微塑料轉化為水溶性碳氫化合物、二氧化碳，以及在有限情況下轉化為有用燃料的應用前景。光催化技術和微生物技術都擁有保持水安全和生態(tài)穩(wěn)定的潛力，值得科學家進一步關注。然而，在確定更加有效的光催化半導體和優(yōu)化微塑料生物降解的最佳有效微生物聯(lián)合體和環(huán)境條件方面，還需要進一步的研究。除了聚乙烯以外，還需要研究更多的聚合物類型用于降解，實驗室規(guī)模的研究必須擴大到現(xiàn)場規(guī)模。本文綜述了光催化和微生物技術去除多金屬蛋白酶的過程和機理，為改進從地表水中去除Microplastics（mps）的研究提供了有用的數(shù)據(jù)。

圖 4

6.中文標題：制備H2O2增強ZnO負載Ag量子點對海洋微生物的光催化失活
引自：[1] Zhang C , Zhou F , Zhan S , et al. The enhanced photocatalytic inactivation of marine microorganisms over ZnO supported Ag quantum dots by the synthesis of H2O2[J]. Environmental Research, 2021.
羥基自由基的產(chǎn)生已被證明可以通過光催化策略改善海洋的防污性能。然而，僅依靠光催化劑的價帶產(chǎn)生羥基自由基效率低下，限制了光催化技術在海洋防污涂料領域的應用。在此，我們報道了一種新的策略，其中Ag量子點用于通過光催化在海水中合成過氧化氫 (H2O2)。生成的H2O2分解成羥基自由基提高了防污能力。有趣的是，Ag量子點突出的尺寸效應與H2O2的產(chǎn)率密切相關。我們合成了負載在ZnO上的Ag量子點，發(fā)現(xiàn)粒徑約為4 nm的Ag量子點具有最高的H2O2生成活性，并且經(jīng)過1 h的光催化反應，H2O2的濃度可以達到124μg/mL。ZnO在海水中滅活海洋微生物的效率從72.3%提高到99.4%。以海水為介質通過光催化合成H2O2可以拓展光催化技術在海洋防污領域的應用。

7．中文標題：水熱法在石墨烯上可控生長TiO₂納米顆粒用于可見光催化
引自：Thanh-Lieu T. Le ^{a, b, **}, Thanh-Hiep T. Le^b , Kim Nguyen Van ^b , Hao Van Bui ^{c, d, *} , Truong Giang Le ^e , Vien Vo ^b
Controlled growth of TiO₂ nanoparticles on graphene by hydrothermal method for visible-light photocatalysis. Journal of Science: Advanced Materials and Devices.
本研究介紹了使用TiCl₄作為前驅體，采用水熱法可控合成TiO₂/石墨烯光催化劑。研究了前驅體濃度和反應時間對TiO₂納米顆粒在石墨烯上生長的影響，表明催化劑能夠獲得所需的TiO₂負載量和分散度。通過XPS、拉曼和UV-VIS漫反射光譜，研究了光催化劑的化學成分、TiO₂與石墨烯之間的相互作用以及光學性質。結果表明，與石墨烯的耦合顯著縮小了TiO₂的帶隙，從而激發(fā)了 TiO₂/石墨烯在可見光照射下的光催化活性。光催化實驗對TiO₂負載量在5-84%范圍內的TiO₂/石墨烯的光催化劑進行RhB的降解性能測試。石墨烯表面含有負載量在16.5%到26%之間分散良好的TiO₂納米顆粒的催化劑的性能最高。通過使用載體和自由基捕獲劑進一步闡明了RhB的降解機制，揭示了空穴和OH*自由基的主要作用。