双良环境最新科研动态(2022-04)

2022-04-01 14:54:44 0 双良环境
双良环境最新科研动态(2022-04)
1、中文标题:在可见光下非金属元素改性TiO2SNP-TiO2)对米氏凯伦藻的灭活作用及其机制
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

图1: 图形摘要
作为一种高级氧化技术,光催化处理赤潮藻污染具有巨大的研究前景。然而,最常用的光催化剂TiO2由于其带隙较宽,因而只能使用波长较短的紫外光。在本研究中,通过水热合成将非金属元素S、N和P添加到TiO2(SNP-TiO2)晶格中,并在可见光下研究其对米氏凯伦藻的失活效果和机制。所得光催化剂的粒径约为10 nm。SNP-TiO2材料在(101)(004)(200)(105)(211)(204)晶面上有明显的特征峰,包括N-O键、S-O键和P-O键。S、N和P的加入将TiO2的带隙从3.2 eV降至3.08 eV,这表明掺杂过程的完整性。S0.7N1.4P0.05-TiO2 具有良好的光催化活性,其中连续抑制效果最为明显。当暴露于200 mg/L浓度下96 h时,米氏凯伦藻的生长抑制率(IR)为81.8%。光催化过程导致藻细胞膜损伤和光合系统崩溃,引起氧化应激反应,加速藻细胞失活。研究表明,非金属元素改性TiO2(SNP-TiO2)在可见光下处理赤潮暴发污染方面具有很大的潜力。
 
2、中文标题:TiO2/MXene填料对不同空气微生物的光催化消毒:灭活效率、能耗和自修复现象
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).

图2:光催化消毒实验装置
 
细菌、真菌和病毒是空气中的微生物,它们可以以气溶胶的形式生存和传播,对人类健康构成严重威胁。开发了一种含有TiO2/MXene填料的动态连续光催化反应器,研究了四种不同的微生物在紫外线和光催化下的失活特性。通过建立动力学拟合模型(-lg Npc/N0=εAbΦ/NE1*IrtPC + A),已知不同微观结构的空气微生物的灭活效率存在差异。光催化的引入大大降低了消毒的能耗。在UV254灭活大肠杆菌的单位对数效率(EE/O)从0.012–0.015 kWhm-3降至0.0016–0.0040 kWhm-3。此外,在紫外光照射下短时间内(40 h)自修复现象并不明显,但光催化处理后微生物活性继续下降。短波紫外线的穿透力比长波紫外线强。高辐射强度的光催化可以提供更多电子和活性氧(ROS),但湿度太高(相对湿度=95%)的情况下会抑制产生。适当的停留时间(4.3 s)可以有效地处理空气中高浓度(109 CFU●m-3)的微生物。这些外部因素影响了不同种类微生物的光催化消毒过程。
 
3、中文标题:光对微藻光合微生物燃料电池和纳米吸附生物聚合物去除污染物的影响:更新、挑战和创新
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.

图3:图文摘要
含有微藻的光合微生物燃料电池(PMFCs)在处理废水方面具有巨大潜力,同时它能将光能转化为电能。这种电池的效率直接取决于光照强度对藻类的生长。光照强度越强,其产生富含生物聚合物的生物质潜力越大。这种生物聚合物是由在阳极的细菌和在阴极的藻类同时作用产生,反之亦然。从生物资源中获得的生物聚合物能够单独添加或者与纳米材料结合后添加在污水中作为纳米吸附剂。这些纳米吸附剂通过去除金属和染料等污染物,进一步提高 PMFC的效率。在这篇文章中首先阐述了不同的光照强度对微藻生长的影响、硅藻在PMFC中的重要性以及藻类对PMFCs效率的影响。其次论述了从不同的生物资源中回收的生物聚合物及其在去除金属、染料中的作用,以及他们在循环生物经济中的影响。最后,叙述了该研究领域的瓶颈和未来前景。
 
4、中文标题:深入了解光催化与微生物废水处理技术结合处理难降解有机污染物:从连续反应到同时反应
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.

图4:(a)ISPB和(b)ICPB的示意图
由于难降解有机污染物环境标准越来越严格,推动了光催化和微生物废水处理技术的发展。过去的研究主要提出了两种典型的集成方式:a)光催化与生物降解(ISPB)相互独立进行连续反应;b)光催化和生物降解(ICPB)的紧密耦合同时反应。尽管ICPB因其新颖性最近受到了更多的关注,但ISPB在某些情况下仍具有优势。本文回顾了最新的ISPB和ICPB研究,以全面比较这两种系统。对比了ISPB和ICPB在处理效率、成本、毒性耐受性和灵活性方面的优缺点。综述了ISPB和ICPB的反应器设置、光催化剂、微生物特性。阐述了不同类型难降解化合物的应用,以全面了解这两种技术的去除效率和转化途径。目前,迫切需要深入了解实际废水中混合污染物、共存组分和关键参数之间的影响。这些集成技术的长期、大规模应用案例尚不多见。总的来说,我们得出结论,ISPB和ICPB技术都已趋于成熟,但两个系统仍然存在挑战,尤其是在现实污水处理厂的可靠性、经济性和通用性方面。未来的研究既需要设法通过升级反应器和开发新型催化剂来降低成本和能耗,同时也要重视光催化与生物降解连续反应或同时反应过程中废水的混合效应。
 
  5、用于抗菌和光催化降解抗生素的银离子交换天然沸石/TiO2纳米复合材料的合成与表征 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.本文研究了银离子交换天然沸石/TiO2纳米复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结构,是各种纳米复合材料的理想骨架。此外,天然沸石具有优越的热稳定性和化学稳定性,几乎不与化学品发生任何反应。由于全球范围内化学品和抗生素的过度使用,寻找一种有效且低成本的方法来去除水资源中的抗生素和细菌已成为一个重要的全球问题。本研究旨在提出一种简便的合成银离子交换天然沸石/TiO2催化剂的方法,用于抗菌和光催化去除废水中的抗生素。首先,将沸石颗粒在乙醇溶液中超声处理15分钟,以消除表面杂质和污染物。然后,将3 g经漂洗/干燥的天然沸石添加到200 ml 50%乙醇水溶液中。最后使用异丙醇钛水解在其表面沉积了四种不同量(0.1、0.3、0.5和1ml)的钛。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对合成粉末的结构进行了评价。使用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌评估样品的抗菌活性。结果表明,含银纳米复合材料样品在这两种情况下都具有更好的抗菌性能,合成的催化剂在废水处理中具有良好的应用前景。
 
6中文标题:金属有机骨架吸附剂去除水溶液中有机污染物的研究进展
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.
近年来,金属有机骨架材料(MOFs)因其独特的性能,如孔隙率可调、孔容大、层次结构、优良的吸附和再生性能,在水处理领域引起了广泛的关注。MOFs是传统吸附剂的一种环保替代品,尤其适用于从水溶液中吸附去除有毒有机污染物。通过在MOFs上引入功能基团、磁性物质和特定材料,证明了MOFs的性能。然而,这导致MOFs的制造成本增加,因此在大规模应用中面临巨大挑战。因此,本文讨论了基于MOFs的吸附剂在去除水溶液中某些有机污染物(如染料、抗生素和农药)方面的最新进展。此外,提出了在pH、温度、共存离子等多种实验条件下MOFs与有机污染物相互作用的主要机理。最后还提出了一些改进吸附性能的设计建议。

  7、中文标题:用于电化学和光催化制氢的金属氮化物基纳米结构材料
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, 2022; 23(1): 76–119.Published online 2022 Mar 14. doi: 10.1080/14686996.2022.2029686

图5:图文摘要
过度依赖化石燃料是造成温室气体过量排放的关键问题之一。氢是可再生、无碳、无污染的气体,是最有希望成为化石燃料替代品的燃料之一。从小到大的各个生产生活环节都能充分利用氢气,将有助于极大地缓解气候变化进程。氢气行业的一个关键方面是通过经济高效和安全的方式进行生产。电解和光催化是众所周知的制氢工艺,其效率依赖于电催化剂。电催化剂通常是贵金属,贵金属作为催化剂的使用使得这些工艺成本高昂,而且其稀缺性也同样是一个限制因素。金属氮化物及其多孔材料因其良好的产氢前景而引起了研究人员的广泛关注。它们的活性金属中心、氮功能性以及比表面积、孔体积和可调孔径等多孔特性在电化学和光催化制氢中起着重要作用。本文从金属氮化物的合成方法出发,综述了近年来金属氮化物的研究进展。人们对合成金属氮化物纳米结构的新合成技术、方法和工艺给予了极大关注。综述了电化学和光催化制氢的应用。总的来说,本综述将为金属氮化物及其在制氢中的应用领域的研究人员提供有用的信息。
  8、中文标题:固定基板上二氧化钛的光催化降解染料废水 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

6:图文摘要
光催化是一种很有前景的技术,可应用于染料废水的降解。在光催化过程中,二氧化钛(TiO2)由于其成本低、用途广泛而常被用作催化剂。然而,使用 TiO2 粉末会难以从处理过的废水中分离 TiO2 粉末。因此,本工作研究了将 TiO2 固定在两种不同的基材上,包括玻璃和铁珠。通过将液体分散液喷涂到基材上制备复合材料,然后将材料在不同温度(600-750°C)下煅烧。在 700°C 的煅烧温度下,SEM 和 EDS 分析表明,TiO2 颗粒均匀分布在基材上。重要的是,沉积的 TiO2 颗粒是锐钛矿和金红石结构混合相,这两种结构都被认为有利于光催化过程。最终,在 700 °C 下煅烧的复合材料在 4 小时内的直接染料光降解效率达到 64.0%。重复使用的催化剂的降解效率在第二个循环中没有显着变化,表明它们具有可重复使用的能力。在第二次使用后,固定化 TiO2 在固定基板上的稳定性仍然很好。
 
9、中文标题:生态建模与富营养化
引自: Eleni Anagnostou, Areti Gianni, Ierotheos, Zacharias, Ecological modeling and eutrophication—A review, NATURAL RESOURCE MODELING,DOI: 10.1111/nrm.12130.

图7:9种综述模型(来源:Scopus )的年出版物( 2000 - 2016 )
在过去的几十年里,环境科学家把数值模拟作为研究和调查水生系统的工具。生态和水动力模型因其复杂性、不确定性和计算能力而并行发展。生态逻辑模型被用来评估生态系统过程和相互作用、模拟未来情景、评估应对富营养化的补救做法。本文综述了与富营养化过程相关的生态学建模方面的进展,特别是在描述缺氧/缺氧水生生态系统营养状态动态的模型方面。根据水动力模型的历史、复杂性、局限性、最近的详细建模应用,讨论了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的耦合模型等九种耦合或非耦合的动力生态模型以及他们的重要成果。介绍了这些模型的优缺点及其应用领域。通过对比分析得出结论:EFDC 和 CAEDYM 可被视为富营养化过程中特别有效的建模工具。
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