雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-04)

2022-04-01 14:54:44 0 雙良環(huán)境

1、中文標題：在可見光下非金屬元素改性TiO₂（SNP-TiO₂）對米氏凱倫藻的滅活作用及其機制
引自：The inactivation effects and mechanisms of Karenia mikimotoi by non-metallic elements modified TiO₂ (SNP-TiO₂) under visible light.Hu Lijun, Wang Renjun, Wang Mengjiao, et al. Science of The Total Environment, 2022, 820:153346

圖1：圖形摘要
作為一種高級氧化技術，光催化處理赤潮藻污染具有巨大的研究前景。然而，最常用的光催化劑TiO₂由于其帶隙較寬，因而只能使用波長較短的紫外光。在本研究中，通過水熱合成將非金屬元素S、N和P添加到TiO₂（SNP-TiO₂）晶格中，并在可見光下研究其對米氏凱倫藻的失活效果和機制。所得光催化劑的粒徑約為10 nm。SNP-TiO₂材料在（101）（004）（200）（105）（211）（204）晶面上有明顯的特征峰，包括N-O鍵、S-O鍵和P-O鍵。S、N和P的加入將TiO₂的帶隙從3.2 eV降至3.08 eV，這表明摻雜過程的完整性。S0.7N1.4P0.05-TiO₂ 具有良好的光催化活性，其中連續(xù)抑制效果最為明顯。當暴露于200 mg/L濃度下96 h時，米氏凱倫藻的生長抑制率（IR）為81.8%。光催化過程導致藻細胞膜損傷和光合系統(tǒng)崩潰，引起氧化應激反應，加速藻細胞失活。研究表明，非金屬元素改性TiO₂（SNP-TiO₂）在可見光下處理赤潮暴發(fā)污染方面具有很大的潛力。

2、中文標題：TiO₂/MXene填料對不同空氣微生物的光催化消毒：滅活效率、能耗和自修復現象
引自：Liming Liu, Azhar Ali laghari, Ge Meng, et al. Photocatalytic disinfection of different airborne microorganisms by TiO₂/MXene filler: Inactivation efficiency, energy consumption and self-repair phenomenon[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering, 10( 3).

圖2：光催化消毒實驗裝置

細菌、真菌和病毒是空氣中的微生物，它們可以以氣溶膠的形式生存和傳播，對人類健康構成嚴重威脅。開發(fā)了一種含有TiO₂/MXene填料的動態(tài)連續(xù)光催化反應器，研究了四種不同的微生物在紫外線和光催化下的失活特性。通過建立動力學擬合模型(-lg Npc/N0=εAbΦ/NE1*IrtPC + A)，已知不同微觀結構的空氣微生物的滅活效率存在差異。光催化的引入大大降低了消毒的能耗。在UV254滅活大腸桿菌的單位對數效率（EE/O）從0.012–0.015 kWhm^-3降至0.0016–0.0040 kWhm^-3。此外，在紫外光照射下短時間內（40 h）自修復現象并不明顯，但光催化處理后微生物活性繼續(xù)下降。短波紫外線的穿透力比長波紫外線強。高輻射強度的光催化可以提供更多電子和活性氧（ROS），但濕度太高（相對濕度=95%）的情況下會抑制產生。適當的停留時間（4.3 s）可以有效地處理空氣中高濃度（109 CFU●m^-3）的微生物。這些外部因素影響了不同種類微生物的光催化消毒過程。

3、中文標題：光對微藻光合微生物燃料電池和納米吸附生物聚合物去除污染物的影響：更新、挑戰(zhàn)和創(chuàng)新
引自：Mohd Jahir Khan,Nikhil Singh,Sudhanshu Mishra,et al.Impact of light on microalgal photosynthetic microbial fuel cells and removal of pollutants by nanoadsorbent biopolymers:Updates,challenges and innovations[J].Chemosphere,288(2022)132589.

圖3：圖文摘要
含有微藻的光合微生物燃料電池（PMFCs）在處理廢水方面具有巨大潛力，同時它能將光能轉化為電能。這種電池的效率直接取決于光照強度對藻類的生長。光照強度越強，其產生富含生物聚合物的生物質潛力越大。這種生物聚合物是由在陽極的細菌和在陰極的藻類同時作用產生，反之亦然。從生物資源中獲得的生物聚合物能夠單獨添加或者與納米材料結合后添加在污水中作為納米吸附劑。這些納米吸附劑通過去除金屬和染料等污染物，進一步提高 PMFC的效率。在這篇文章中首先闡述了不同的光照強度對微藻生長的影響、硅藻在PMFC中的重要性以及藻類對PMFCs效率的影響。其次論述了從不同的生物資源中回收的生物聚合物及其在去除金屬、染料中的作用，以及他們在循環(huán)生物經濟中的影響。最后，敘述了該研究領域的瓶頸和未來前景。

4、中文標題：深入了解光催化與微生物廢水處理技術結合處理難降解有機污染物：從連續(xù)反應到同時反應
引自：Zhikun Lu, Yifeng Xu, Mohammad Zahir Akbari, et al. Insight into integration of photocatalytic and microbial wastewater treatment technologies for recalcitrant organic pollutants: From sequential to simultaneous reactions. 2022.

圖4：（a）ISPB和（b）ICPB的示意圖
由于難降解有機污染物環(huán)境標準越來越嚴格，推動了光催化和微生物廢水處理技術的發(fā)展。過去的研究主要提出了兩種典型的集成方式：a）光催化與生物降解（ISPB）相互獨立進行連續(xù)反應；b）光催化和生物降解（ICPB）的緊密耦合同時反應。盡管ICPB因其新穎性最近受到了更多的關注，但ISPB在某些情況下仍具有優(yōu)勢。本文回顧了最新的ISPB和ICPB研究，以全面比較這兩種系統(tǒng)。對比了ISPB和ICPB在處理效率、成本、毒性耐受性和靈活性方面的優(yōu)缺點。綜述了ISPB和ICPB的反應器設置、光催化劑、微生物特性。闡述了不同類型難降解化合物的應用，以全面了解這兩種技術的去除效率和轉化途徑。目前，迫切需要深入了解實際廢水中混合污染物、共存組分和關鍵參數之間的影響。這些集成技術的長期、大規(guī)模應用案例尚不多見?？偟膩碚f，我們得出結論，ISPB和ICPB技術都已趨于成熟，但兩個系統(tǒng)仍然存在挑戰(zhàn)，尤其是在現實污水處理廠的可靠性、經濟性和通用性方面。未來的研究既需要設法通過升級反應器和開發(fā)新型催化劑來降低成本和能耗，同時也要重視光催化與生物降解連續(xù)反應或同時反應過程中廢水的混合效應。

5、用于抗菌和光催化降解抗生素的銀離子交換天然沸石/TiO₂納米復合材料的合成與表征引自：Niloufar Torkian，Abbas Bahrami，Afrouzossadat Hosseini-Abari,etc.Synthesis and characterization of Ag-ion-exchanged zeolite/TiO₂ nanocomposites for antibacterial applications and photocatalytic degradation of antibiotics.Applied Environmental Research Volume 207, 1 May 2022, 112157.本文研究了銀離子交換天然沸石/TiO₂納米復合材料的合成以及抗菌和光催化性能。天然沸石具有多孔的表面結構，是各種納米復合材料的理想骨架。此外，天然沸石具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，幾乎不與化學品發(fā)生任何反應。由于全球范圍內化學品和抗生素的過度使用，尋找一種有效且低成本的方法來去除水資源中的抗生素和細菌已成為一個重要的全球問題。本研究旨在提出一種簡便的合成銀離子交換天然沸石/TiO₂催化劑的方法，用于抗菌和光催化去除廢水中的抗生素。首先，將沸石顆粒在乙醇溶液中超聲處理15分鐘，以消除表面雜質和污染物。然后，將3 g經漂洗/干燥的天然沸石添加到200 ml 50%乙醇水溶液中。最后使用異丙醇鈦水解在其表面沉積了四種不同量（0.1、0.3、0.5和1ml）的鈦。采用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散X射線光譜（EDS）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）對合成粉末的結構進行了評價。使用金黃色葡萄球菌和大腸桿菌評估樣品的抗菌活性。結果表明，含銀納米復合材料樣品在這兩種情況下都具有更好的抗菌性能，合成的催化劑在廢水處理中具有良好的應用前景。

6、中文標題：金屬有機骨架吸附劑去除水溶液中有機污染物的研究進展
引自：Tchinsa A , Hossain M F , Wang T , et al. Removal of organic pollutants from aqueous solution using metal organic frameworks (MOFs)-based adsorbents: A review. Chemosphere, 2021, 284(341):131393.
近年來，金屬有機骨架材料（MOFs）因其獨特的性能，如孔隙率可調、孔容大、層次結構、優(yōu)良的吸附和再生性能，在水處理領域引起了廣泛的關注。MOFs是傳統(tǒng)吸附劑的一種環(huán)保替代品，尤其適用于從水溶液中吸附去除有毒有機污染物。通過在MOFs上引入功能基團、磁性物質和特定材料，證明了MOFs的性能。然而，這導致MOFs的制造成本增加，因此在大規(guī)模應用中面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，本文討論了基于MOFs的吸附劑在去除水溶液中某些有機污染物（如染料、抗生素和農藥）方面的最新進展。此外，提出了在pH、溫度、共存離子等多種實驗條件下MOFs與有機污染物相互作用的主要機理。最后還提出了一些改進吸附性能的設計建議。

7、中文標題：用于電化學和光催化制氫的金屬氮化物基納米結構材料
引自：Metal nitride-based nanostructures for electrochemical and photocatalytic hydrogen production. Sci Technol Adv Mater.Harpreet Singh Gujral, ^a Gurwinder Singh,^a Arun V. Baskar, ^a2022; 23(1): 76–119.Published online 2022 Mar 14. doi: 10.1080/14686996.2022.2029686

圖5：圖文摘要
過度依賴化石燃料是造成溫室氣體過量排放的關鍵問題之一。氫是可再生、無碳、無污染的氣體，是最有希望成為化石燃料替代品的燃料之一。從小到大的各個生產生活環(huán)節(jié)都能充分利用氫氣，將有助于極大地緩解氣候變化進程。氫氣行業(yè)的一個關鍵方面是通過經濟高效和安全的方式進行生產。電解和光催化是眾所周知的制氫工藝，其效率依賴于電催化劑。電催化劑通常是貴金屬，貴金屬作為催化劑的使用使得這些工藝成本高昂，而且其稀缺性也同樣是一個限制因素。金屬氮化物及其多孔材料因其良好的產氫前景而引起了研究人員的廣泛關注。它們的活性金屬中心、氮功能性以及比表面積、孔體積和可調孔徑等多孔特性在電化學和光催化制氫中起著重要作用。本文從金屬氮化物的合成方法出發(fā)，綜述了近年來金屬氮化物的研究進展。人們對合成金屬氮化物納米結構的新合成技術、方法和工藝給予了極大關注。綜述了電化學和光催化制氫的應用。總的來說，本綜述將為金屬氮化物及其在制氫中的應用領域的研究人員提供有用的信息。
8、中文標題：固定基板上二氧化鈦的光催化降解染料廢水引自：Woottikrai Chairungsri, Arisa Subkomkaew, Pimluck Kijjanapanich et al. Direct dye wastewater photocatalysis using immobilized titanium dioxide on fixed substrate.Chemosphere Volume 286, Part 2, January 2022, 131762

圖6：圖文摘要
光催化是一種很有前景的技術，可應用于染料廢水的降解。在光催化過程中，二氧化鈦（TiO₂）由于其成本低、用途廣泛而常被用作催化劑。然而，使用 TiO₂ 粉末會難以從處理過的廢水中分離 TiO₂ 粉末。因此，本工作研究了將 TiO₂ 固定在兩種不同的基材上，包括玻璃和鐵珠。通過將液體分散液噴涂到基材上制備復合材料，然后將材料在不同溫度（600-750°C）下煅燒。在 700°C 的煅燒溫度下，SEM 和 EDS 分析表明，TiO₂ 顆粒均勻分布在基材上。重要的是，沉積的 TiO₂顆粒是銳鈦礦和金紅石結構混合相，這兩種結構都被認為有利于光催化過程。最終，在 700 °C 下煅燒的復合材料在 4 小時內的直接染料光降解效率達到 64.0%。重復使用的催化劑的降解效率在第二個循環(huán)中沒有顯著變化，表明它們具有可重復使用的能力。在第二次使用后，固定化 TiO₂ 在固定基板上的穩(wěn)定性仍然很好。

9、中文標題：生態(tài)建模與富營養(yǎng)化
引自： Eleni Anagnostou, Areti Gianni, Ierotheos, Zacharias, Ecological modeling and eutrophication—A review, NATURAL RESOURCE MODELING,DOI: 10.1111/nrm.12130.

圖7：9種綜述模型(來源：Scopus )的年出版物( 2000 - 2016 )
在過去的幾十年里，環(huán)境科學家把數值模擬作為研究和調查水生系統(tǒng)的工具。生態(tài)和水動力模型因其復雜性、不確定性和計算能力而并行發(fā)展。生態(tài)邏輯模型被用來評估生態(tài)系統(tǒng)過程和相互作用、模擬未來情景、評估應對富營養(yǎng)化的補救做法。本文綜述了與富營養(yǎng)化過程相關的生態(tài)學建模方面的進展，特別是在描述缺氧/缺氧水生生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)狀態(tài)動態(tài)的模型方面。根據水動力模型的歷史、復雜性、局限性、最近的詳細建模應用，討論了Delft 3D - ECO / GEM和MIKE 3DFM ECOLAB的非耦合模型以及AQUATOX、CAEDYM、CE - QUAL - ICM、WASP / EUTRO、MOHID和EFDC的耦合模型等九種耦合或非耦合的動力生態(tài)模型以及他們的重要成果。介紹了這些模型的優(yōu)缺點及其應用領域。通過對比分析得出結論：EFDC 和 CAEDYM 可被視為富營養(yǎng)化過程中特別有效的建模工具。