双良环境最新科研动态(2020-8)

2019-06-30 09:50:45 0 双良环境

1.中文标题：基于多元统计分析模型的太湖长期污染趋势及污染源贡献分析

引自：Lili Liu，Yongcheng Dong，Ming Kong,et al. Insights into the long-term pollution trends and sources contributions in Lake Taihu China using multi-statistic analyses models. Applied Chemosphere Volume 242, March 2020, 125272.

太湖富营养化污染严重威胁着太湖的可持续发展。为了确定太湖水质的主要参数和潜在污染源，采用水质指数（WQI）和多元统计分析方法，对太湖水质数据集（2010-2014）进行了分析。主成分分析/因子分析（PCA/FA）和相关分析筛选出5个重要的水质指标，即高锰酸钾指数（COD_Mn）、总氮（TN）、总磷（TP）、氯离子（Cl^-）和溶解氧（DO），代表整个数据集，用WQI评价水质。由于太湖西北部是太湖污染最严重的地区，为了进一步探索潜在的污染源及其贡献，对太湖西北部的水质参数进行了分析。利用绝对主成分得分多元线性回归（APCS-MLR）和正矩阵因子分解（PMF）模型计算了西北湖5个潜在污染源的污染贡献率。PMF模型更适合西北湖的污染源解析，贡献率排序为农业面源污染（26.6%）；>生活污水排放（23.5%）；>工业废水排放和大气沉降（20.6%）；>浮游植物生长（16.0%）；>降雨或风干扰（13.4%）。本研究可为太湖水质管理和污染控制策略的优化提供参考。

2、中文标题：N-羟基邻苯二甲酰亚胺-TiO2复合可见光的光催化作用

引自：Hao HM, Shi JL, Xu H, et al N-hydroxyphthalimide-TiO2 complex visible light photocatalysis.Applied Catalysis B: Environmental Volume 246, 5 June 2019, Pages 149-155

TiO₂是最成熟的半导体光催化剂。由于TiO₂的界面氧化还原反应对诸如能量转换和环境修复等过程具有影响，其重要性变得越来越明显。本文中，我们利用了有机分子与TiO₂的结合位点和适应表面相互作用产生表面复合体，用于可见光驱动的选择性有氧氧化反应，并且发现了一种在N-羟基邻苯二甲酰亚胺（NHPI）和TiO₂之间形成的新型表面络合物。 NHPI-TiO₂络合物是一种出色的可见光光催化剂，已成功用于在蓝色LED辐射下，在O₂气氛下将胺选择性氧化为亚胺。 NHPI-TiO₂配合物的稳定性通过3mol％的（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基）氧基（TEMPO）作为协同催化剂得以保留。此外，TEMPO还提高了亚胺产品的选择性。超氧阴离子自由基（O₂·⁻）被证明是实现氧化转化的主要活性氧（ROS）。这项工作表明，如果存在适当的协同氧化还原催化剂来引导光催化电子转移，则TiO₂表面络合物可以成为可见光驱动的选择性好氧反应的可靠光催化剂。

3、中文标题：可见光下氧化石墨烯-Z异质结纳米催化剂抑制有害藻类和降解微囊藻毒素LR的研究
引自：Fan GD, Hong L, Luo J, et la. Photocatalytic inactivation of harmful algae and degradation of cyanotoxins microcystin-LR using GO-based Z-scheme nanocatalysts under visible light. Chemical Engineering Journal, 2020

图1 Ag₂CO₃-GO Z异质结光催化剂抑制有害藻类和降解微囊藻毒素LR

本文合成了三种氧化石墨烯-Z异质结催化剂，用于去除有害藻类和微囊藻毒素LR（MC-LR）。首先对光催化剂的物理化学性质进行了表征，其次比较了三种光催化剂对可见光下藻类生长的抑制作用。提出了Ag₂CO₃-GO光催化降解MC-LR的途径和机理。结果表明，氧化石墨烯-Z异质结催化剂的组合方式和形貌尺寸对MC-LR的降解具有等级效应。Ag₂CO₃-GO具有最佳的光催化活性，在可见光下1 h内MC-LR（0.3mg/L）的去除率约为100%。Ag₂CO₃-GO对MC-LR的降解速率符合拟一级动力学模型，且pH对降解速率有显著影响。碱度、DOM、H₂O₂及藻细胞共存对Ag₂CO₃-GO降解MC-LR也有抑制作用。实验结果表明，Ag₂CO₃-GO光催化氧化MC-LR过程中，·OH和O₂^-起主要作用，MC-LR中的Adda侧链和肽环逐渐被氧化，说明MC-LR的生物毒性在降解过程中逐渐丧失。此外，100 mg/L的Ag₂CO₃-GO能明显抑制有害藻类的生长，在可见光下氧化损伤藻细胞，进一步降解其释放物，有效避免二次污染。综上所述，氧化石墨烯-Z异质结催化剂在灭活有害蓝藻和降解MC-LR方面具有广阔的应用前景。

4、中文标题：富氧TiO2/石墨烯基气凝胶的制备及其光催化性能研究

引自：Lv Y , Xing B , Yi G , et al. Synthesis of oxygen-rich TiO2/coal-based graphene aerogel for enhanced photocatalytic activities[J]. Materials Science in Semiconductor Processing, 2020, 117:105169.

近年来，高效、低成本的纳米复合材料被广泛应用于染料废水的处理。本文提出了一种简便、经济的TiO₂/石墨烯基气凝胶的制备方法。本材料（TCGA）以石墨化烟煤中的氧化石墨烯为前驱体，通过温和的水热还原与冷冻干燥相结合的方法制备，得到的TCGAs具有高机械强度和超低密度的三维多孔结构。在材料交联碳骨架中含有均匀分布的锐钛矿型TiO2纳米粒子，并富含氧官能团。TCGA独特的结构特征不仅为染料在水溶液中的吸附提供了足够的有效空间与活性位点，还为染料光催化脱色过程中的光生电子立体传输提供了有效的框架。作为水溶液中染料去除的光催化剂，制备的TCGAs具有良好的吸附-光催化协同效应，光催化活性显著增强，可重复使用，可靠、适应性强。二氧化钛负载量对吸附脱色过程中染料的去除率有显著影响。优化后的TCGA-40%对水溶液中罗丹明B的去除率为122.19mgg^-1，结晶紫为134.38mgg^-1，甲基橙为113.78 mgg^-1，酸性红为113.45 mgg^-1，氨基黑为99.55 mgg^-1。此外，经过4次循环使用后，TCGA-40%还具有良好的可回收性，去除率达81.0%。本研究为大规模生产二氧化钛/石墨烯气凝胶复合材料，消除废弃物中的有机染料开辟了一条有前景的通用途径。

5、中文标题：在部分硝化-厌氧氨氧化生物膜系统低温条件下污水稳定脱氮机理研究：微生物群落和EPS分析
引自：Zhang J, Miao Y, Zhang Q, et al. Mechanism of stable sewage nitrogen removal in a partial nitrification-anammox biofilm system at low temperatures: Microbial community and EPS analysis[J]. Bioresource Technology, 2019,297.
在低温条件下（12.8–16.3°C）部分硝化-厌氧氨氧化（PNA）生物膜稳定污水脱氮效率为87.5±2.2%。高通量测序分析表明，序批式生物膜反应器（SBBR）的微生物群落结构保持稳定。Candidatus Brocadia是唯一检测到的厌氧氨氧化属，且维持稳定在0.3-0.5%。耐冷微生物富集的包括Flavobacterium菌和Thermomonas菌在低温条件下分泌胞外聚合物（EPS）来维持PNA-SBBR的稳定运行。此外，根据EPS的组成和特性分析，在低温条件下分泌的TB-EPS更多，这进一步提高了系统的稳定性。综上，相对稳定的微生物群落结构、丰富的耐冷微生物以及EPS分泌的增加对污水低温稳定脱氮具有重要作用。

图1 PNA-SBBR系统低温条件下生物膜污水稳定脱氮原理图

6、中文标题：稳定型Ag₂O/g-C₃N₄ p-n异质结光催化剂在可见光下高效灭活有害藻类

引自：Gongduan Fan, Banghao Du, Jinjin Zhou,et al. Stable Ag₂O/g-C₃N₄ p-n heterojunction photocatalysts for efficient inactivation of harmful algae under visible light. Applied Catalysis B: Environmental, 2020,265：118610.

图1.（a）不同质量比的B-g-C₃N₄，Ag₂O和Ag₂O / B-g- C₃N₄复合材料的X射线衍射图；（b）g- C₃N₄纳米片，g- C₃N₄纳米管，14.3 wt％的Ag₂O/ g- C₃N₄纳米片和14.3 wt％的Ag₂O/ g- C₃N₄纳米管；（c）H-g- C₃N₄和14.3重量％的Ag₂O / H-g- C₃N₄；（d）14.3重量％的Ag 2 O / B-g- C₃N₄，Ag₂O/ g- C₃N₄纳米片，Ag₂O/ g- C₃N₄纳米管和Ag₂O / H-g- C₃N₄的FTIR光谱。

图2.（a）Ag₂O/ B-g- C₃N₄，（b）Ag₂O/ g- C₃N₄纳米管，（c）Ag₂O/ g- C₃N₄纳米片，（d）Ag₂O/ H-g- C₃N₄的SEM图， 14.3 wt％Ag₂O/ B-g- C₃N₄的（e）TEM图和（f）HRTEM图像。

图10.在可见光下14.3 wt％的Ag2O/g-C3N4致铜绿微囊藻失活的假设机理

研发设计出一种稳定、高效的去除有害藻类的光催化剂有利于保护水生生态系统。这篇文章就介绍了采用化学沉积法合成一系列具有p-N异质结的Ag₂O/g-C₃N₄光催化剂，用于可见光下光催化除藻。实验结果表明，14.3wt% Ag₂O/g-C₃N₄的光催化活性对藻类去除效果最为显著，块状石墨氮化碳（g-C₃N₄）表面具有负电荷可以与Ag₂O结合形成异质结。另外，合成材料的配比对异质结的光催化活性有很大的影响。当Ag₂O与本体g-C₃N₄的组成比为1:6时，光催化活性最佳，光催化6h后对铜绿微囊藻的去除率达到99.94%。实验过程中藻类细胞超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）含量下降，过氧化氢酶（CAT）升高。此外，抗氧化系统崩溃和藻细胞膜破裂破坏会导致大量重金属离子（如K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）释放，叶绿素a和藻胆蛋白（PB）含量也会下降，光合系统遭到破坏。总体来说， 14.3wt% Ag₂O/g-C₃N₄作为一种优良的光催化剂，在可见光下具有显著的光稳定性，可用于抑制蓝藻水华。

7、中文标题：藻类有机物对生物活性过滤系统的性能、氰毒素去除和生物膜的影响
引自：Jeon Y , Li L , Calvillo J , et al. Impact of algal organic matter on the performance, cyanotoxin removal, and biofilms of biologically-active filtration systems[J]. Water Research, 2020:116120.

图一藻类有机物对生物活性过滤系统的性能的原理图
以有毒蓝藻为主的有害藻华的发生，导致饮用水处理厂的藻类有机物（AOM）和毒素不断增加。然而，AOM 对生物活性过滤（BAF）的活性生物膜和微生物群落结构的影响，直接影响污染物的去除，目前尚不清楚。在这项研究中，我们系统地考察了 AOM 对BAF效能和细菌生物膜形成超过240天的影响，追踪特定 AOM 组分的去除，氰毒素[微囊藻毒素 -lr (mc-lr)]和微生物群落的反应。成分分析(激发和排放矩阵分析)结果表明，在所有鉴定的成分中，陆生类腐殖物质的去除率最高，与 mc-lr 的去除率密切相关。此外，空床接触时间的缩短和生物膜的失活显著降低了反应器的运行性能。细菌生物膜活性、细菌群落结构和 mlra 基因(参与微囊藻毒素降解)的研究结果表明，细菌生物膜组成对 AOM和 mc-lr 具有响应性,其中以红藻科、腐螺科和黑藻科为主。此外，在 BAF中，mc-lr 生物降解在顶层比底层更为活跃。总的来说，本研究对生物膜的作用以及过滤操作对 BAF 中 AOM和 mc-lr 命运的影响提供了更深入的认识。