雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-03)

2022-03-01 14:34:35 0 雙良環(huán)境

1.中文標(biāo)題：大型淺水湖泊藍藻水華風(fēng)險對氮磷濃度的響應(yīng)——以太湖為例
引自：Response of cyanobacterial bloom risk to nitrogen and phosphorus concentrations in large shallow lakes determined through geographical detector: A case study of Taihu Lake, China.Li Shan, Liu Chang, Sun Ping, et al. Science of The Total Environment, 2022, 816: 151617
了解葉綠素（Chla）對營養(yǎng)物質(zhì)（氮和磷）濃度反應(yīng)的敏感性對于預(yù)測藍藻水華風(fēng)險非常重。然而，湖泊中營養(yǎng)物質(zhì)影響藍藻生長和暴發(fā)的過程是非線性的、漸進的、時空異質(zhì)性的，目前研究中提出的營養(yǎng)物質(zhì)和葉綠素a之間濃度的單一響應(yīng)閾值可能很難反映這些特征。由于區(qū)域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國太湖富營養(yǎng)化嚴重，每年都有藍藻水華發(fā)生。在這項研究中，我們量化了不同形式的氮和磷對湖水和沉積物孔隙水中Chla濃度的相互作用效應(yīng)。并提出了一個連續(xù)變化的精細響應(yīng)閾值范圍來表征Chla濃度與NH₄-N、總氮（TN）和總磷（TP）濃度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，TP是影響太湖大部分地區(qū)藍藻水華空間變異的主導(dǎo)因子，TN次之。因此，TP應(yīng)該是未來太湖污染負荷削減的最高優(yōu)先事項。污染因子之間的相互作用的影響大于它們各自的總和。NH₄-N和溶解無機磷（DIP）可能是藻類生長的首選消耗物，應(yīng)成為太湖營養(yǎng)控制工作的重點。對于藍藻風(fēng)險預(yù)測、預(yù)防和控制，NH₄-N、TN和TP濃度分別為0.06 mg/L、2.89 mg/L和0.06 mg/L，可用于指示太湖藍藻水華的開始；濃度分別為0.34 mg/L、4.67 mg/L和0.11 mg/L可作為指示嚴重藍藻水華的參考閾值。

2. 中文標(biāo)題：小球藻復(fù)合TiO2納米粒子：水處理應(yīng)用的有效吸附劑/光催化混合材料
引自：M.Blosi，A.Brigliadori，I.Zanoni,etc.Chlorella vulgaris meets TiO2 NPs: Effective sorbent/photocatalytic hybrid materials for water treatment application.Applied Journal of Environmental Management,volume 304, 15 February 2022 .

我們開發(fā)了一種可用于下游廢水處理的新型生物納米雜化催化劑。通過將小球藻的吸附潛力與 TiO₂的光催化性能相結(jié)合，研究探索它們之間的協(xié)同效應(yīng)，從而推動藻類修復(fù)技術(shù)朝著更具成本效益的平衡方向發(fā)展。我們開發(fā)了非活的普通梭菌，它保持了活微藻的生物吸附特性，但大大提高了整體加工性能。將普通梭菌生物質(zhì)與TiO₂偶聯(lián)，然后通過噴霧冷凍干燥（SFD）工藝干燥納米溶膠，該工藝能夠產(chǎn)生高活性顆粒。用對銅離子的重金屬吸附和羅丹明B（RhB）光降解的光催化活性對樣品進行了評估。結(jié)果表明，混合樣品的正協(xié)同效應(yīng)與金屬生物吸附的增強一致，原始的普通梭菌吸附為103 mg/g，當(dāng)生物質(zhì)與無機納米相偶聯(lián)時，吸附約為4000mg/g。光催化活性在1h后保持良好，RhB完全轉(zhuǎn)化，甚至在SiO₂納米粒子存在下進一步轉(zhuǎn)化為無機物。研究結(jié)果為從創(chuàng)新的可持續(xù)設(shè)計角度將這些吸附劑/光催化混合材料整合到水修復(fù)系統(tǒng)中鋪平了道路。

3. 中文標(biāo)題：具有自清潔性的光催化涂層通過對NO的綠色降解來抑制NO₂的性能和機理
引自：Guanyu Liu，Huiyun Xia，Minjie Yan，Lifang Song, et al. Performance and mechanism of self-cleaning synergistic photocatalytic coating inhibiting NO₂ for green degradation of NO . Applied Surface Science Volume 586, 1 June 2022, 152787.NO光催化降解過程中會產(chǎn)生大量有害的NO₂，可能造成嚴重的二次污染。本研究采用簡單噴涂法構(gòu)建了一種具有自清潔性的光催化涂層。該涂層具有優(yōu)異的超雙疏性和NO降解性能。此外，在光催化涂層降解NO過程中，NO₂的產(chǎn)生受到抑制，表明該光催化涂層表現(xiàn)出更綠色的降解過程。此外，為了闡明涂層對NO₂的抑制作用，通過原位IR、捕獲試驗和EPR光譜研究了光催化涂層對NO降解機理，總結(jié)了NO降解的可能途徑。結(jié)合DFT計算結(jié)果和降解產(chǎn)物分析，探索并提出了具有自清潔性的光催化涂層對NO₂的抑制和“綠色”降解機理，為光催化的“綠色”應(yīng)用提供一定的理論支持。

4. 中文標(biāo)題：UVA和太陽能驅(qū)動的rGO/TiO2/聚硅氧烷光催化滅活循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中的病原體
引自： Irina Levchuk , Tom´aˇs Homola, et al. UVA and solar driven photocatalysis with rGO/TiO2/polysiloxane for inactivation of pathogens in recirculation aquaculture systems (RAS) streams[J]. Chemical Engineering Journal Advances, 2022:100243.

圖2 光催化試驗前GO/TiO2/聚硅氧烷（SiBi）薄膜的SEM圖像
在本研究中，采用不同濃度的氧化石墨烯（GO）改性TiO2/聚硅氧烷（SiBi）薄膜，通過噴墨打印在柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基材上。制備涂層通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、紫外光電子能譜（UPS）、拉曼光譜和水接觸角測量。在光催化試驗中，觀察到用GO改性制備的涂層顏色發(fā)生了強烈變化。光催化測試后薄膜的XPS分析表明GO發(fā)生了還原。研究表明制備的涂層在UVA和自然太陽照射下對水產(chǎn)養(yǎng)殖水中自然產(chǎn)生的微生物有滅活作用。在UVA照射下，涂層中rGO濃度對目標(biāo)菌Aeromonas hydrophila菌和Citrobacter gillenii菌滅活的影響進行了評估。Aeromonas hydrophila菌與Citrobacter gillenii菌相比，對光催化滅活更敏感。高效光催化滅活目標(biāo)微生物的rGO薄膜濃度為1%和5%的。進一步測試了5%的rGO/TiO2/SiBi在自然陽光下對Aeromonas salmocida菌, Serratia fonticola菌和Lactococcus lactis菌的滅活作用。太陽光催化略微增強了對Aeromonas salmocida菌和Serratia fonticola菌的滅活作用，而削弱了Lactococcus lactis菌的滅活作用。

5. 中文標(biāo)題：微生物電化學(xué)集成系統(tǒng)和光催化可持續(xù)處理有機難降解廢水: 主要機理、最新進展和展望
引自：Razieh Rafieenia , Mira Sulonen , Mohamed Mahmoud , et al. Integration of microbial electrochemical systems and photocatalysis for sustainable treatment of organic recalcitrant wastewaters:Main mechanisms, recentadvances, and present prospects[J].Science of the Total Environment 824 (2022) 153923.

圖3 不同模式原理圖
近年來，微生物電化學(xué)系統(tǒng)（MESs）已被證明是一種處理廢水的同時能生產(chǎn)增值產(chǎn)品或能源的環(huán)境友善技術(shù)。然而，由于其功率低、污染物生物降解速度慢等特點，限制了MESs在難降解廢水處理中的實際應(yīng)用。MESs、生物降解與光催化復(fù)合技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在加速對生物難降解污染物的降解和提高系統(tǒng)產(chǎn)量方面具有極大的潛力。在文中我們總結(jié)了近年來光催化協(xié)同MESs強力去除難降解污染物的研究進展，并進一步討論了生物降解與光催化同步作用的機理。此外，我們詳細分析了不同的設(shè)置配置，討論了光增強細胞外電子轉(zhuǎn)移的機制，并簡要介紹了正在進行的研究案例。最后，我們指出了目前的局限性和相應(yīng)的研究空白，并提出了對未來研究的啟示。

6. 中文標(biāo)題：使用紫外發(fā)光二極管滅活水中與健康相關(guān)的微生物
引自：Oguma K , Rattanakul S , Masaike M . Inactivation of health-related microorganisms in water using UV light-emitting diodes[J]. Water science & technology, 2019, 19(5-6):1507-1514.
紫外線發(fā)光二極管 (UV-LED) 提供各種波長選擇，而微生物具有光譜敏感性，即所謂的作用光譜，它可能因物種而異。因此，適當(dāng)匹配紫外發(fā)光二極管的發(fā)射光譜和微生物的光譜靈敏度是增強滅活的合理策略。在這項研究中，與大腸桿菌、枯草芽孢桿菌孢子、噬菌體Qβ和MS2等指示物種相比，將標(biāo)稱峰值發(fā)射為265、280和300 nm的紫外線LED用于包括嗜肺軍團菌、銅綠假單胞菌、副溶血性弧菌和貓杯狀病毒等病原體。結(jié)果表明，對于所有受試物種，265 nm UV-LED的熒光滅活速率常數(shù)k最高，其次是280 nm，300 nm則更低。貓杯狀病毒和MS2在280 nm處的k值接近于265 nm處的k值，說明280 nm UV-LED可以和265 nm UV-LED一樣有效地滅活這些病毒。細菌傾向于顯示帶有肩部和尾部的通量響應(yīng)曲線，而病毒在所有測試波長下都遵循對數(shù)線性曲線。這項研究顯示了通量響應(yīng)曲線和微生物靶滅活所需的通量，這將為UV-LED的未來研究和應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)。
7. 中文標(biāo)題：CuO-TiO₂/石墨烯三元納米復(fù)合材料高效可見光催化降解雙酚A引自：Ilknur Altin，CuO-TiO₂/graphene ternary nanocomposite for highly efficient visible-light-driven photocatalytic degradation of bisphenol A. JOURNAL OF MOLECULAR STRUCTURE.

圖4
為了在氧化石墨烯（CuO-TiO₂/GO）納米復(fù)合材料上耦合CuO-TiO₂制備可見光響應(yīng)光催化劑，首先通過表面活性劑輔助溶膠-凝膠法合成CuO-TiO₂光催化劑，然后通過簡單的水熱工藝固定在GO上。XPS、TEM、SEM和Raman分析結(jié)果表明，CuO-TiO₂顆粒被修飾在表面，從而產(chǎn)生有效的光生電荷分離，通過PL光譜表征。催化劑的光催化性能還可以通過調(diào)整CuO-TiO₂和GO之間的比例來改善CuO-TiO₂/GO。最佳GO百分比為10wt%，與CuO-TiO₂光催化劑（28.8%）相比，在300 min的可見光下，CuO-TiO₂/GO復(fù)合材料的BPA去除率為56.5%。此外，還研究了該CuO-TiO₂/GO三元納米復(fù)合材料光催化性能的假設(shè)機理。在光催化反應(yīng)中形成的主要活性氧物種（ROS）被確定為O2 .− 和 . OH. 。文中還討論了陰離子的存在對BPA降解的具有有抑制作用，HCO₃⁻ 和CO₃²⁻ 對光催化降解雙酚A有明顯的促進和改善作用。這項工作表明，這種CuO-TiO₂/GO雜化三元納米復(fù)合材料也可以作為一種高潛力的光催化劑應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域二級處理，以降解其他有機污染物。

8. 中文標(biāo)題：大型植物為主的富營養(yǎng)化湖泊的內(nèi)部氮循環(huán)：生態(tài)恢復(fù)的機制和意義
引自：Jing Zhang, Pengfei Hei, Yizi Shang, et al, Internal Nitrogen Cycle in Macrophyte-Dominated Eutrophic Lakes: Mechanisms and Implications for Ecological Restoration, ACS EST Water 2021, 1, 2359−2369.

圖5
以植物為主的富營養(yǎng)化( MDE )對湖泊管理提出了巨大挑戰(zhàn)。然而，大型水生植物過度生長研究主要局限于入侵生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，富營養(yǎng)化研究主要局限于浮游植物主導(dǎo)的富營養(yǎng)化。本研究基于前-后-對照-影響分析方法，利用單個大型MDE湖13個半連通子湖中幾個任意選擇的對比區(qū)域（即有和沒有大型植物以及有和沒有水流）的野外尺度觀測數(shù)據(jù)，利用推斷統(tǒng)計研究了水生植物對內(nèi)部氮循環(huán)的影響。影響區(qū)與控制區(qū)之間的t檢驗，結(jié)合沉水植物氮儲量變化和垂直沉積物氮擴散分析，表明沉水植物生物動力學(xué)而非物理化學(xué)動力學(xué)，主導(dǎo)了可持續(xù)的內(nèi)部氮循環(huán)，導(dǎo)致MDE湖泊沉水植物過度生長。沉淀物氮在植物生長季節(jié)被大型植物吸收和儲存，在枯萎期開始回到沉淀物中，形成可持續(xù)的內(nèi)部氮循環(huán)。因此，富營養(yǎng)化的恢復(fù)應(yīng)強調(diào)限制自增強的“沉積物-植物”氮循環(huán)，而不是僅僅控制水體氮含量或沉積物氮釋放。綜合考慮底泥脫氮效率和生態(tài)干擾，提出了一種切實可行的策略。

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