雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2022-07)

2022-07-01 16:00:53 0 雙良環(huán)境

1.具有優(yōu)異光催化活性和可回收性的超親水多孔納米纖維膜用于可見光照射下的廢水修復(fù) 引自：Yuanting Xu，Dandan Yuan，Yetong Guo,etc.Superhydrophilic and polyporous nanofibrous membrane with excellent photocatalytic activity and recyclability for wastewater remediation under visible light irradiation.Applied Chemical Engineering Journal Volume 427, 1 January 2022, 131685.

圖1 圖文摘要

近年來，通過光催化對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行環(huán)境友好降解的廢水修復(fù)技術(shù)引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。然而，由于光利用率低、親水性差、易聚集和難以回收粉末光催化材料等，使得這種有前途的技術(shù)的處理效率不能令人滿意。在本研究中，我們通過負(fù)載改性光催化劑和在靜電紡絲納米纖維中構(gòu)建親水通道，開發(fā)了一種設(shè)計(jì)超親水性多孔納米纖維膜的通用策略，該膜具有優(yōu)異的光催化活性和優(yōu)異的可回收性。首先合成了同時(shí)引入硼摻雜和缺氮結(jié)構(gòu)的新型石墨氮化碳光催化劑（B-C₃N₄），然后與聚醚砜和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）共混，通過靜電紡絲技術(shù)制備復(fù)合納米纖維膜。通過簡(jiǎn)單的水萃取過程去除PVP，獲得了高度多孔和超親水的納米纖維膜（PBCN）。納米纖維中存在的介孔和通道可以促進(jìn)污染物分子的擴(kuò)散，暴露出更多的B-C₃N₄光催化位點(diǎn)，最終提高光催化活性。特別是，由于PBCN中殘留PVP的不斷去除，它在重復(fù)利用過程中持續(xù)增強(qiáng)了可再利用性，優(yōu)于大多數(shù)傳統(tǒng)廢水修復(fù)材料。在這項(xiàng)工作中，我們不僅制備了用于光催化降解各種有機(jī)污染物的超親水、多孔和可見光響應(yīng)納米纖維膜，還介紹了一種設(shè)計(jì)先進(jìn)納米纖維材料的新方法，用于環(huán)境修復(fù)中的各種催化、吸附和分離應(yīng)用。

2.利用可見LED光照射的新型連續(xù)微柱光反應(yīng)器強(qiáng)化光催化廢水處理引自：Hamid Kazemi Hakki，Somaiyeh Allahyari.Intensification of photocatalytic wastewater treatment using a novel continuous microcapillary photoreactor irradiated by visible LED lights.Applied Chemical Engineering and Processing - Process Intensification Volume 175, May 2022, 108937.

圖2 圖文摘要
本文提出了一種新型的多微柱光反應(yīng)器，用兩塊透明的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板在60 W可見LED貼片燈的照射下，以強(qiáng)化甲基橙（MO）的降解。將酞菁銅摻雜的Bi₂O₃-ZnO納米光催化劑（CuPc-Bi₂O₃-ZnO）涂覆在微柱的內(nèi)壁上。XRD和FESEM-EDX分析證實(shí)，酞菁銅、Bi₂O₃和ZnO納米粒子在微毛細(xì)管內(nèi)壁上高度分散，尺寸約為41 nm。DRS分析表明，銅摻雜導(dǎo)致光吸收區(qū)紅移，帶隙能量降低至2.68 eV。制造的強(qiáng)化微型光反應(yīng)器的光催化時(shí)空產(chǎn)率為 3.74 × 10^-2m³廢水/m³reactor.day.kW，而用于研究的間歇式光反應(yīng)器為 7.5 × 10^-6m³廢水/m³reactor.day.kW，低 4 個(gè)數(shù)量級(jí)，管式流動(dòng)光反應(yīng)器為2.17 × 10^-2m³廢水/m³reactor.day.kW，揭示了工藝強(qiáng)化對(duì) MO 光催化降解效率的積極影響。在所制備的強(qiáng)化微光反應(yīng)器、所研究的間歇式光反應(yīng)器和管流光反應(yīng)器中，鉬的降解百分比分別為90.83%、58.6%和65.33%。對(duì)微毛細(xì)管長(zhǎng)度（30，45，60 mm）和直徑（400，850μm）的影響的研究表明，鉬轉(zhuǎn)化率從94.19%（30 mm長(zhǎng)，850μm直徑）下降到58.01%（45 mm長(zhǎng)，400μm直徑），因?yàn)楦鶕?jù)激光分析和 COMSOL 模擬，管子變窄和伸長(zhǎng)，導(dǎo)致光子損失、壓降和管內(nèi)湍流增加。

3. 氮空位和Fe₂P助催化劑在石墨氮化碳上的協(xié)同作用促進(jìn)光催化CO₂轉(zhuǎn)化
引自：Xiangli Shi,Pengfei An,Qiong Zhang,et al.Synergy of nitrogen vacancies and Fe₂P cocatalyst on graphitic carbon nitride for boosting photocatalytic CO₂ conversion[J].Chemical Engineering Journal,Volume 446, Part 2, 15 October 2022, 137096

圖3 圖文
摘要光催化 CO₂ 轉(zhuǎn)化為增值化學(xué)品是一種解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的有前景的策略，但是能夠開發(fā)出將CO₂有效地、有選擇性地轉(zhuǎn)化為理想產(chǎn)品且具有成本效益的光催化劑仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在此，我們構(gòu)建了一種將改良的g-C₃N₄ 納米片雜化光催化劑 (Fe₂P/NVsCN)負(fù)載在氮空位 (NVs) 表面上的Fe₂P納米顆粒，用于將CO₂光催化轉(zhuǎn)化為CO。由于NVs能形成能隙帶可以顯著提高可見光吸收，而金屬Fe₂P作為助催化劑有利于促進(jìn)光生電子的分離和遷移，阻礙副反應(yīng)，從而提高活性和選擇性。通過調(diào)整 Fe₂P 和 NVsCN 的比例，在可見光下，樣品濃度20%-Fe₂P/NVsCN(1:5)時(shí)為最佳比例，CO的釋放效率為22.48 µmol/g/h，選擇性為 97.5%，效果明顯，這優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的基于g-C₃N₄的光催化劑。此外，由于電子的及時(shí)消耗，這種光催化劑還表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，并在20小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定的CO釋放速率。這項(xiàng)工作通過協(xié)同調(diào)節(jié)表面空位和助催化劑，為設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有高選擇性的活性光催化劑開辟了新天地。

4. 中文標(biāo)題：生物鋁基磷滅活劑（BA-PIA）對(duì)氮和磷的去除效果和機(jī)理
引自：Yichao Wang, Shuai Yuan , et al. Removal efficacy and mechanism of nitrogen and phosphorus by biological aluminum-based P-inactivation agent (BA-PIA)[J]. Journal of Environmental Science, 2023, I27:87-96.

圖4.1不同系統(tǒng)中NH₄⁺-N的變化（BA-PIA：生物鋁基P-滅活劑、Al-PIA：鋁基P-滅活劑）
圖4.2不同系統(tǒng)中TN的變化

圖4.3不同系統(tǒng)中TP的變化
本研究采用鋁基P-滅活劑（Al-PIA）作為高效微生物載體，通過人工曝氣制備生物鋁基P-滅活劑（BA-PIA）。實(shí)驗(yàn)室通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究了BA-PIA對(duì)水中降氮除磷作用。采用物理化學(xué)方法和同位素示蹤法分析了氮磷的去除機(jī)理。高通量測(cè)序技術(shù)用于分析在BA-PIA系統(tǒng)中特征的細(xì)菌屬。進(jìn)行了脫氮除磷實(shí)驗(yàn)30天，通過BA-PIA系統(tǒng)對(duì)NH₄⁺-N、TN、TP的去除率分別為81.87%、66.08%和87.97%。BA-PIA的脫氮途徑如下：硝化反應(yīng)占59.0%（其中反硝化反應(yīng)占56.4%），微生物同化占18.1%，未反應(yīng)部分占22.9%。BA-PIA系統(tǒng)中的特征細(xì)菌為鏈霉菌、諾卡氏菌、糖多孢菌、亞硝基單胞菌和海洋桿菌。微生物的負(fù)載僅使Al-PIA的表面物理性質(zhì)發(fā)生了變化（例如比表面積、孔體積和孔徑），而不改變其表面化學(xué)性質(zhì)。BA-PIA去除氮的機(jī)理是NH₄⁺-N通過硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為NO₂--N和NO₃--N，然后通過好氧反硝化細(xì)菌將其還原為氮?dú)?。磷的去除機(jī)理是BA-PIA的表面金屬化合物（如鋁）通過化學(xué)吸附（如配體交換）固定磷。因此，BA-PIA克服了Al-PIA僅具有除磷的能力，且具有較好的應(yīng)用前景。

5. 中文標(biāo)題：光催化和功能性細(xì)菌緊密耦合的系統(tǒng)增強(qiáng)了對(duì)1,2,3-和 1,3,5-三氯苯的降解
引自：Jue Wang, Jianhua Xiong, Qilin Feng, et al. Intimately co-upled photocatalysis and functional bacterial system enhance
degradation of 1,2,3- and 1,3,5-trichlorobenzene[J]. Journal of E-nvironmental Management 318 (2022) 115595.

圖5 圖文摘要
光催化與生物降解（ICPB）的緊密耦合被認(rèn)為是一種降解難降解有機(jī)化合物的有效途徑。本研究以具有苯降解能力的木霉菌結(jié)合活性污泥為生物源，甘蔗渣纖維素復(fù)合物為載體，在可見光誘導(dǎo)下，ICPB系統(tǒng)對(duì)三氯苯展現(xiàn)出了極好的降解和礦化能力。ICPB系統(tǒng)載體內(nèi)的生物膜可以降解和礦化光催化產(chǎn)物。與單獨(dú)光催化相比，ICPB對(duì)1,2,3-TCB和1,3,5-TCB的降解效率分別提高了12.43% 和4.67% 。ICPB載體內(nèi)的生物膜可以礦化光催化產(chǎn)物，使礦化效率提高18.74%。通過對(duì)中間體的分析，發(fā)現(xiàn)1,2,3-TCB在該耦合體系中的降解主要是分步脫氯和開環(huán)過程。ICPB載體內(nèi)的生物膜生長(zhǎng)出許多Cutaneotrichosporon、木霉菌、Apiotrichum、Zoogloea,、Dechloromonas、土壤黃桿菌和貪銅菌，一些以可生物降解芳香烴和鹵化物而聞名的微生物。將新型微生物種子加到以木霉菌為基礎(chǔ)的ICPB系統(tǒng)內(nèi)，為有效降解和礦化TCB提供了一種新型的、有潛力的方法。

6. 中文標(biāo)題：溶解態(tài)有機(jī)磷的轉(zhuǎn)化對(duì)水華的促進(jìn)作用、砷酸鹽的生物轉(zhuǎn)化和微囊藻毒素的釋放
引自Insights into the conversion of dissolved organic phosphorus favors algal bloom, arsenate biotransformation and microcystins release of Microcystis aeruginosa. Zhang Xiaoyan, Wang Zhenhong, Luo Zhuanxi, et al. Journal of Environmental Sciences , 2023, 125: 205-214
在溶解性有機(jī)磷(DOP)轉(zhuǎn)化為無機(jī)磷(IP)的過程中，藻類繁殖和砷酸鹽(As(V))在銅綠微囊藻(M. aeruginosa)中的變化研究較少。本文在銅綠微囊藻胞外多聚體分泌物(EPS)比例和不同濃度As(V)的條件下，研究了腺苷-5-三磷酸二鈉鹽(ATP)、β-甘油磷酸鈉(βP)和D-葡萄糖-6-磷酸二鈉鹽(GP)3種典型DOP轉(zhuǎn)化對(duì)銅綠微囊藻的影響。與IP相比，在不同DOP轉(zhuǎn)化條件下，探索了銅綠微囊藻的藻類生長(zhǎng)、As(V)生物轉(zhuǎn)化和微囊藻毒素(MCs)的釋放。結(jié)果表明，在沒有添加EPS的情況下，三種DOP到IP的轉(zhuǎn)化對(duì)藻類生長(zhǎng)有利。與IP相比，在三種DOP轉(zhuǎn)換的條件下促進(jìn)了銅綠微囊藻的生長(zhǎng)，隨后導(dǎo)致潛在的藻類大量繁殖，特別是在砷(As)污染的水環(huán)境中。由于DOP轉(zhuǎn)化條件下的細(xì)胞內(nèi)As積累低于IP條件下的細(xì)胞內(nèi)As積累，因此轉(zhuǎn)DOP化后可以抑制銅綠微囊藻As的積累。銅綠微囊藻中As(V)的生物轉(zhuǎn)化和MCs釋放受到不同類型的不同DOP轉(zhuǎn)化的影響。具體而言，在βP轉(zhuǎn)化條件下，培養(yǎng)基中的二甲基胂(DMA)濃度和藻類細(xì)胞中的As(III)濃度得到提高，表明在βP轉(zhuǎn)化過程中溶解的有機(jī)成分可以減少銅綠微囊藻中As(V)的含量，加速DMA釋放。所獲得的研究結(jié)果可以更好地理解藍(lán)藻水華和不同DOP作為主要磷源的As生物轉(zhuǎn)化。

7. 中文標(biāo)題：Ag₂CO₃/BiOBr/CdS三元復(fù)合光催化劑的構(gòu)建及其對(duì)四環(huán)素分子降解的可見光催化活性
引自：KaliyappanPeruma，ShajahanShanavas，TansirAhamad ，AnnamalaiKarthigeyan，PadmanabhanMurugakoothan1. Construction of Ag₂CO₃/BiOBr/CdS ternary composite photocatalyst with improved visible-light photocatalytic activity on tetracycline molecule degradation. Journal of Environmental Sciences Volume 125, March 2023, Pages 47-60

圖6 圖文摘要
光催化降解被認(rèn)為是去除廢水中抗生素藥物污染物的最有效的方式。本研究采用水熱法和沉淀法合成了ABC（Ag₂CO₃/BiOBr/CdS）復(fù)合光催化劑。ABC復(fù)合材料用于研究四環(huán)素（TC）在可見光照射下的降解活性。物理化學(xué)表征方法（例如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、高分辨率透射電子顯微鏡（HR-TEM）、紫外-可見光譜（UV），光致發(fā)光（PL）和時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）清楚地表明，該復(fù)合材料已成功構(gòu)建，能夠增強(qiáng)加寬的可見光吸收，誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移和電子-空穴對(duì)的分離效率。通過在水介質(zhì)中光降解四環(huán)素來檢測(cè)所有樣品的光催化活性。ABC催化劑的光催化降解率在70min內(nèi)可去除98.79%的TC，分別是Ag₂CO₃的1.5倍、BiOBr的1.28倍和BC催化劑的1.1倍。還研究了TC濃度、催化劑用量和初始pH值等操作參數(shù)對(duì)TC降解活性的影響。淬滅實(shí)驗(yàn)及電子順磁共振（EPR）實(shí)驗(yàn)表明，在光催化過程中OH和O₂·−起著關(guān)鍵作用。此外，由于其組分之間的協(xié)同作用，催化劑在可重復(fù)使用性和穩(wěn)定性測(cè)試中表現(xiàn)出良好的性能。在詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，提出了ABC復(fù)合材料中TC的降解機(jī)理。本研究將提供一種高效且可回收的光催化劑，用于去除抗生素水污染物。

8. 中文標(biāo)題：采用TiO₂/ Ti界面反應(yīng)法合成增強(qiáng)光催化活性的缺陷型TiO₂
引自： Qi Fugong，Yang Zhenwen，Qiu Qiwen，et al.Defective TiO₂ with increased photocatalytic activity synthesized by the TiO₂/Ti interfacial reaction method[J].Surfaces and Interfaces Volume 30, 2022,101828
帶隙較窄的缺陷型TiO₂有利于太陽能的最大化利用。本文通過分子動(dòng)力學(xué)( MD )模擬得到了TiO₂ / Ti界面反應(yīng)的原子尺度。研究發(fā)現(xiàn)，界面反應(yīng)后，TiO₂中大量的氧向金屬Ti中擴(kuò)散，而金屬Ti中有限的Ti原子向TiO₂中擴(kuò)散，導(dǎo)致TiO₂中氧濃度降低，形成缺陷型TiO₂。在模擬結(jié)果的啟發(fā)下，采用TiO₂ / Ti界面反應(yīng)法高效合成了缺陷型TiO₂，并將其帶隙從3.26 eV調(diào)制到2.54 eV。此外，計(jì)時(shí)電流測(cè)試表明，合成的缺陷型TiO₂具有優(yōu)異的析氫光催化活性。因此，TiO₂ / Ti界面反應(yīng)法是降低TiO₂禁帶寬度、增強(qiáng)其光催化活性的有效途徑。

9. 中文標(biāo)題：深入了解用于環(huán)境修復(fù)的負(fù)載二氧化鈦光催化劑的可生物降解聚合物
引自：Nina Maria Ainali , Dimitrios Kalaronis , Eleni Evgenidou et al. Macromol 2021, 1, 201–233.
在過去的二十年里，眾所周知的光催化劑二氧化鈦 (TiO₂) 在幾種聚合物基材上的固定化已經(jīng)廣泛普及，但是它限制了后處理分離階段的需要。考慮到支持 TiO₂ 光催化劑的眾多基材測(cè)試，使用可生物降解聚合物似乎是一個(gè)有希望的選擇，因?yàn)樗哂邢喈?dāng)大的優(yōu)點(diǎn)，包括靈活的性質(zhì)、低廉的價(jià)格、化學(xué)惰性、機(jī)械穩(wěn)定性和廣泛的可行性。本綜述重點(diǎn)關(guān)注最近發(fā)表的研究文章（2011-2021 年），展示了促進(jìn)生態(tài)友好型可生物降解聚合物制造聚合物基光催化劑的最具創(chuàng)新性的研究，同時(shí)也對(duì)TiO₂/聚合物的制備細(xì)節(jié)、光催化性能和再利用光催化劑進(jìn)行了討論。本文研究可生物降解的聚合物包括殼聚糖 (CS)、纖維素、藻酸鹽、淀粉、聚乳酸 (PLA)、聚己內(nèi)酯 (PCL) 和聚丙交酯-乙交酯 (PLGA)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)提供了光催化劑的合成途徑（浸涂、靜電紡絲等）。

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