双良环境最新科研动态(2022-02)

2022-02-01 17:41:00 0 双良环境

1、中文标题：光催化与微藻的两阶段降解耦合增强了恩诺沙星的矿化引自：Zhikun Lu，Yifeng Xu，Lai Peng,etc.A two-stage degradation coupling photocatalysis to microalgae enhances the mineralization of enrofloxacin.Applied Chemosphere Volume 293, April 2022, 133523.

图1
光催化和藻类过程的耦合已被用于去除广泛使用的抗生素。在这项工作中测试和比较了单独和联合体系对恩诺沙星的去除能力。由于藻类对恩诺沙星的耐受性低，目标化合物在单独的藻类处理过程中几乎没有降解。在单独光催化过程中，矿化效率（定义为产生的二氧化碳与初始二氧化碳之比）达到了57%，其余为转化产物。相比之下，结合光催化和藻类工艺的两段处理法完全去除了恩诺沙星，并将矿化效率提高到 64% 或更多。与单独的光催化相比，添加柠檬酸作为外部共底物进一步提高了矿化效率，提高了 1.25 倍。对单独和联合体系中的不同降解产物进行了鉴定和比较，发现降解途径涉及哌嗪部分和喹诺酮核心的攻击。结果表明光催化-藻类联合处理在去除兽用抗生素方面的潜在应用，并提高了我们对潜在机制和途径的理解。发现降解途径涉及哌嗪部分和喹诺酮核心的攻击。结果表明光催化-藻类联合处理在去除兽用抗生素方面具有潜在的应用前景，并提高了我们对其机理和途径的认识。

2、中文标题：将太阳能驱动的光热效应耦合到光催化中以实现可持续的水处理
引自：Yi Lua, Hao Zhanga, Deqi Fan.et al. Coupling solar-driven photothermal effect into photocatalysis for sustainable water treatment.Journal of Hazardous Materials 423 (2022) 127128.
在过去的十年中，有效地利用可再生和取之不尽的太阳辐射进行能量转换引起了极大的研究兴趣。太阳能热转换作为一种普遍存在的现象，可以用来蒸发水，同时提高光催化性能，以解决淡水短缺和能源危机。最近，伴随光催化降解、杀菌和制氢的太阳能水蒸发已被提出作为赋予清洁水和能源生产领域新的活力的有前景的途径。在合理设计的太阳能功能材料的进步的推动下，已经开发了多种光热耦合光催化技术。在这种情况下，有必要总结最近的进展并讨论这个多学科领域的挑战。在这里，我们概述了基于各种基本原理的光热材料，并重点介绍了在太阳能水蒸发、水净化和太阳能驱动能源生产领域的新兴应用。此外，还提出了对基础研究和实际应用的挑战和前景。预计这篇综述可以提供有见地的建议，以进一步推动集成太阳能热驱动水蒸发和光催化系统的发展，可同时在能量转换和环境方面应用。

3、中文标题：S-NaTaO₃/生物炭在可见光下高效降解有机污染物及基于过硫酸根的双效催化体系的光催化性能
引自：Yuehui T , Jinlong S, et al. Efficient degradation of organic pollutants by S-NaTaO₃/biochar under visible light and the photocatalytic performance of a permonosulfate-based dual-effect catalytic system[J]. Journal of Environmental Science, 2023, I25:388-400.
高效快速地去除水中高浓度的有机污染物并在可见光下提升光催化技术和提高太阳能利用率至关重要。本研究采用简单的水热方法制备了一种非金属，S掺杂NaTaO₃（S-NTO）光催化剂，然后将其装载到生物炭（BC）上形成一种S-NTO/BC复合光催化剂。均匀加载到BC上后，S-NTO颗粒从立方体变成了球形。复合光催化剂光生电子-空穴复合的可能性明显低于NTO粒子。催化剂的光吸收范围从310nm紫外区域有效拓宽到可见区域。此外，还构建了双效催化体系将过氧单硫酸盐（PMS）引入待降解污染物的环境中。在40mg/L的浓度下，罗丹明B、甲基橙、酸性橙7、四环素和环丙沙星降解效率分别达到99.6%、99.2%、84.5%、67.1%和70.7%。经过40W灯照射90分钟预处理后。双效催化体系的高效可见光催化活性主要原因是掺杂了非金属硫和将催化剂装载到BC上。这种双效催化系统的开发为快速有效解决在水环境中高浓度有机污染问题，合理充分利用太阳能，扩大光催化技术在实践中的应用提供了新思路。

图2（a）生物炭、S-NaTaO₃（S-NTO）、S-NaTaO₃/生物炭（S-NTO/BC）的X射线衍射光谱（XRD）。（b）含有不同量S离子的S-NTO样品的X射线衍射图（XRD）。S/Ta掺杂比为10、20、30和40 mol%的样品分别标记为S10-NTO、S20-NTO、S30-NTO和S40-NTO。

4、中文标题：光催化和生物过程的同时耦合：一种增强水中难降解化合物去污能力的有前景的协同替代方案
引自：[1] Zhang C , Li Y , Shen H , et al. Simultaneous coupling of photocatalytic and biological processes: A promising synergistic alternative for enhancing decontamination of recalcitrant compounds in water[J]. Chemical Engineering Journal, 2021:126365.
对被酚类和芳香类物质等难降解化学物质污染的水进行去污，传统的废水处理工艺对这些物质基本上是无效的，这仍然是全世界面临的一个重大挑战。光催化和生物处理过程同时结合在一个系统中，无论是否有多孔载体的支持，在去除难降解污染物方面都表现出卓越的协同性能，具有光催化和生物转化的优点。这种有前途的新兴替代方案，在这里被定义为同时耦合，已经吸引了越来越多的关注，并在过去五年中得到了实质性的发展。据我们所知，这是第一次系统地对光催化和生物过程的同时耦合进行批判性综述，以增强水中难降解物质的去污能力。本文从光催化和生物反应的角度，综述了两种耦合方式在污染物氧化/还原去除中的协同作用及其关键影响因素，并从光催化和生物反应的角度阐述了两种耦合方式的相互作用机理。最后，指出了耦合所面临的挑战和机遇。本综述可为化学和生物协同耦合技术的设计和应用提供有用的信息，以有效和完全地去除水中的顽固性化合物。

5、中文标题：污染程度和功能微生物空间分布不同对3种典型苦草河流修复效果的评价
引自：F Fu, Huang S , Yuan J , et al. Effect evaluation of reme-diation in three typical rivers with Vallisneria natans under diff-erent pollution and spatial characterization of functional microo-rganisms[J]. Ecological Engineering, 2021, 171:106353.
沉水植物可以改善水质，但是对实际工程应用的评价和对生态系统中功能微生物角色塑造的研究仍然不够。以广州市3条典型河流(梯度污染、持久性点污染、非外来污染)为监测对象，通过测定相关环境参数和污染物指数，以及利用微生物序列分析功能性微生物组成的空间特征，评价其恢复效果。结果表明，海珠湿地三期的Ph值较高(9-10) ，新石冲的溶解氧浓度相对较低(0.23-6.29 mg/L) ，随光照强度的变化而变化。氮污染水平依次为新石冲>海珠湿地一期>海珠湿地三期。海珠湿地一期硝酸盐去除率达88%以上。16S rRNA序列分析表明，沉积物、叶片和水体具有不同的微生物群落结构，所有样品中都含有丰富的变形杆菌。蓝细菌附着在苦草的叶子上，从而抑制了其在水体和沉积物中的生长。沉积物中主要存在硫铁循环功能菌，叶片中也存在铁氧化细菌。新石冲的沉积物中也含有丰富的甲烷相关功能细菌。底泥和水体中氮循环相关功能细菌的分布，以及叶片中氮循环相关功能细菌的分布，随着污染程度的不同而不同。因此，苦草可以调节水环境，改善水质，并作为生态系统中功能性微生物的重要附着点，防止水体产生黑臭。产生黑臭的过程以及微生物的协同作用机理还需要进一步研究。

6、中文标题：在补料分批式反应器中，氢氧化细菌能够将正磷酸盐去除到超低浓度
引自：Hydrogen oxidizing bacteria are capable of removing orthophosphate to ultra-low concentrations in a fed batch reactor configuration Barbosa Raquel G, Sleutels Tom, Verstraete Willy, et al. Bioresource Technology. 2020, 311:123494.
本文提出利用氧化氢细菌( HOB )去除地表水中的正磷酸盐作为防治蓝藻水华的处理措施。为有效地去除正磷酸盐，氢向氧化氢细菌的高效转移至关重要。为此选择了一种滴滤反应器，利用该系统对正磷酸盐的去除率为11.32 ± 0.43 mg PO₄^3-P/L·d。在滴滤反应器上生长起来的氧化氢细菌生物量是由含1.25 %磷的干物质上组成，这说明正磷酸盐的去除原理是以氧化氢细菌生长为基础的。用未经处理和处理的水进行蓝藻生长实验，结果表明集胞藻只能在未经处理的水中生长。处理后的水，正磷酸盐平均残余值为0.008 mg/L。在这个试验研究证明，氧化氢细菌能够将水中的正磷酸盐去除到阻止蓝藻生长的浓度。

图3 氧化氢细菌生物膜建立过程
7、中文标题：静电场增强BiVO₄纳米线光催化转化CO₂ 引自：Electrostatic Field Enhanced Photocatalytic CO₂Conversion on BiVO₄ Nanowires, Yue, S (Yue, Shuai)^[1]; Chen, L (Chen, Lu)^[1]; Zhang, MK (Zhang, Manke)^[1]; Liu, Z (Liu, Zhe)^[1]; Chen, T (Chen, Tao)^[2]; Xie, MZ (Xie, Mingzheng)^[1]; Cao, Z (Cao, Zhen) ^[2]; Han, WH (Han, Weihua)^[2]. NANO-MICRO LETTERS光催化系统中光载流子的复合损耗直接决定了光催化剂的能量转换效率。在这项工作中，静电场通过分离空间中的光空穴和光电子来抑制光催化剂中光载流子的复合。作为模型结构，在压电换能器（PZT）的PDMS绝缘压电基片上生长了暴露（010）晶面的BiVO₄纳米线。PZT衬底在一定的应力作用下会产生静电场，而BiVO₄纳米线的光催化性能受静电场的影响。结果表明，在负电场作用下，BiVO₄纳米线的光催化性能是无电场作用下的5.5倍。此外，产品中的甲烷浓度从29%提高到64%。二氧化碳还原效率的提高主要归因于BiVO₄纳米线中光载流子的复合损失受到抑制。光载体能量的增加和对极性分子的表面吸收的增强，在提高光催化剂的光催化活性和产物选择性方面也起着重要作用。这项工作提出了一种有效的策略来改善光催化系统中光载流子的分离/转移动力学，这也将为光伏和光探测设备提供参考。

图4

8、中文标题：基于生态系统的恢复以减轻富营养化：浅水湖泊的个案研究
引自：Konghao Zhu , Yao Wu , Chunhua Li .et al, Ecosystem-Based Restoration to Mitigate Eutrophication: A Case Study in a Shallow Lake, Water 2020, 12, 2141.
在人类活动的影响下，富营养化已成为日益严重的全球现象，尤其是在浅水湖泊中。许多研究表明，水生植物在控制富营养化方面发挥着重要作用，但这些研究中只有少数是基于生态系统的。在本文中，我们将质量平衡生态系统模型应用于浅水富营养化湖泊（中国大同湖）作为案例研究，旨在评估生态系统状况通过恢复水生植被和提供适应性管理建议进行恢复。结果表明，生态系统不成熟，能量流动和养分循环较弱，这主要是由于过度沉没的大型植物和缺乏鱼类作为消费者。在恢复初期，应减少鱼类数量，恢复水生植被以缓解富营养化。当水生植被群落趋于稳定时，应适度放养草食性和杂食性鱼类，并采收死去的水生植物维护生态系统的健康可持续发展。该研究为浅水富营养化湖泊的生态修复提供了启示，揭示了基于生态系统的修复的迫切需求。本文成功构建了大同湖生态系统模型。大同湖生态系统的高TPP/TR（总初级生产与总呼吸的比值）和TPP/TB（预计总初级产量与总生物量），以及低TE（转移效率）、FCI（Finn的循环指数）、FMPL（Finn的平均路径长度）、CI（连接指数）和SOI（系统杂食指数）表明其处于不成熟的发展阶段；大同湖生态系统成熟度低的主要原因是沉水植物过多和鱼类缺乏。降低沉水植物的生物量和增加鱼类的生物量可以显著提高生态系统的能量流动和养分循环。但生物量的增加或减少几乎不能改善食物网结构；移除大型植物、放养草食性和杂食性鱼类以及合理捕鱼不仅可以增强生态系统的能量流动和养分循环，而且可以改善食物网结构。本研究为浅水富营养化湖泊的生态修复提供了理论和科学支持。