双良环境最新科研动态(2020-10)

2020-10-01 17:51:08 0 双良环境

1、中文标题：用于可见光催化的共轭聚合物

引自：C Dai, B Liu.Conjugated polymers for visible-light-driven photocatalysis. Applied Energy Environ. Sci., 2020, 13, 24-52.

图1 本文综述了用于光催化的π-共轭聚合物的研究进展。

图2 （a）聚合物半导体光催化的主要过程（D：电子给体；A：电子受体）；（b）影响其光催化性能的关键因素。

共轭聚合物作为传统无机半导体光催化的替代品，近年来得到了积极的研究。这是由于其独特的优势，低成本，高化学稳定性，和分子可调光电子性质。本文综述了近年来π-共轭聚合物在可见光催化领域的研究进展，包括水分解、二氧化碳还原、有机转化和有机染料降解等。特别强调聚合物结构的变化如何影响其物理化学性质和光催化活性。这种结构-活性关系分析可以指导共轭聚合物的合理分子设计，从而提高光催化活性。
2、中文标题：石墨氮化碳@锆酸银纳米复合材料(gC3N4@Ag2ZrO3)：一种具有高效可见光催化活性和光催化灭活细菌的II型异质结催化剂
引自：Das RS, Warkhade SK , Kumar A , et la. Journal of Alloys and Compounds, 2020(846) 155770，Graphitic carbon nitride @ silver zirconate nanocomposite(gC3N4@Ag2ZrO3): A Type-II heterojunction for an effective visible light photocatalysis and bacterial photo-inactivation.

图1 不同光催化剂剂量对革兰氏阳性菌—枯草芽孢杆菌（B. Subtilis）（a）和革兰氏阴性菌—大肠杆菌（E. coli）（b）活性的抑制作用；光照催化时间对细胞活性的影响（c）。
光催化能简单、高效的氧化降解有机污染物，同时抑制细菌生长。因此，我们利用共沉淀法合成了新的光催化剂gC3N4@Ag2ZrO3，该复合纳米光催化剂具有提高可见光光催化效率和光催化灭活细菌的效果。gC3N4@Ag2ZrO3纳米复合材料通过XRD和XPS分析确定，并通过FE-SEM、HR-TEM和BET分析获得其形貌数据。结果表明，gC3N4薄膜均匀地覆盖在Ag2ZrO3纳米颗粒上，形成II型异质结催化剂。当30 wt%的gC3N4覆盖在Ag2ZrO3颗粒表面时，II型催化剂gC3N4@Ag2ZrO3的活性达到99.7%。光催化活性的提高归因于光生载流子的分离和活性自由基的形成。在提高光催化效率的同时，gC3N4@Ag2ZrO3纳米复合材料对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等微生物也表现出良好的光灭活作用。

3、中文标题：活化碳布并同时沉淀二氧化钛纳米线，以增强吸附和光催化性能

引自：Jin-Ming Wu⁎ , Qing-Er Zhao. Activation of carbon cloth and concurrent precipitation of titania nanowires for enhanced adsorption and photocatalysis performance. Applied Surface Science.527(2020)146779.

垂直排列的TiO₂纳米线由于具有高比表面积和增加的电荷分离能力从而表现出优异的光活性；然而对目标污染物的有限吸附能力阻碍了光催化降解水中污染物。我们在此介绍一种温和的方法，在碳布上沉淀可调厚度为1.5–4.5μm的锐钛矿型TiO2纳米线阵列，从而同时获得高吸附容量和优异的光活性。与沉积在金属Ti基底上的TiO₂纳米线阵列相比，其吸附容量可忽略不计，负载在活性炭布上的TiO₂纳米线在紫外光照射下对水中的罗丹明B染料分子和无色磺基水杨酸具有更高的光催化降解效率。薄膜厚度的增加对负载在活性炭布上的TiO₂纳米线的光活性的提高比金属钛箔上的更有效。目前的研究证实了使用高吸附性基底可大大提高一维纳米结构TiO₂阵列的光活性的可行性。

4、中文标题：光催化-生物降解反应器模型中盐酸四环素去除和矿化的研究
引自：Yue M , Houfeng X , Zhiquan Z , et al. Model-based evaluation of tetracycline hydrochloride removal and mineralization in an intimately coupled photocatalysis and biodegradation reactor[J]. Chemical Engineering Journal, 2018, 351:967-975.
光催化与生物降解紧密耦合（ICPB）在难降解污染物降解中显示出巨大的优势，然而，尚未开发出用于模拟ICPB性能的动力学模型，主要难度是确定光催化与生物降解的关系。在本研究中，我们开发了一个简易的动力学模型，通过假设所有可生物降解的光催化产物都能立即被生物利用来预测目标污染物（盐酸四环素；TCH）的去除和矿化。结合二阶光催化动力学模型和Monod生物降解模型，我们研究了ICPB中光催化与生物降解之间的相互作用。
利用优化软件对实验数据进行非线性回归拟合得到动力学方程中的参数。我们的实验结果表明，8h内TCH和化学需氧量（COD）的去除效果很好，分别高达94%和70%。TCH仅在4h内转化为无毒的中间产物。显然，动力学模型能较好地预测TCH和COD的去除率，并与实验数据吻合较好R²>0.92。模型证实了ICPB反应器中，生物降解在加速TCH及其中间产物去除和矿化中起主要作用，如ICPB反应器比单独光催化反应的动力学系数k1高10%。所建立的模型准确地预测了ICPB的效率并揭示了ICPB的作用机制。

图1 ICPB前和ICPB稳定阶段海绵载体的SEM图像。（a）和（c）分别为ICPB前和ICPB稳定阶段的外部图像，（b）和（d）分别为ICPB前和ICPB稳定阶段的内孔图像

图2 20mg/LTCH在0h（A）、1h（B）、4h（C）和8h（D），采用PC（可见光光催化）、B（生物降解）和ICPB（光催化-生物降解耦合）对金黄色葡萄球菌的抑制作用。B组为附着生物膜的载体在黑暗环境下单独进行生物降解；PC组为可见光光催化（无生物膜培养）；ICPB组为可见光光催化与生物降解耦合。数字表示抑制区的半径减去滤纸的半径。

5、中文标题：二氧化钛浸渍+小球藻包覆微结构陶瓷中空纤维对铬（Ⅵ）的光还原研究

引自：Igor G.F. Costa, Natália M. Terra, Vicelma L. Cardoso, et al. Photoreduction of chromium(VI) in microstructured ceramic hollow fibers impregnated with titanium dioxide and coated with green algae Chlorella vulgaris[J]. Journal of Hazardous Materials, 2019, 379:120837.

图1 陶瓷中空纤维生产方案

图2 浸渍TiO₂（（a）、氧（b）、铝（c）的不对称氧化铝中空纤维载体的EDS图像

图3 杂化体系中铬（Ⅵ）初始浓度对（a）光催化还原和（b）动力学线性拟合曲线的影响

在本篇文章中，作者提出了一种新颖的光催化复合体系，用于从水溶液中还原六价铬（Cr（VI））。该杂化体系由固定在非对称氧化铝中空纤维微孔中的二氧化钛（tio2）和外层海绵状绿藻小球藻组成。作者系统地研究了Cr（VI）在不同体系中的光还原反应：单一TiO₂或藻类体系；藻类与TiO₂的协同作用体系；TiO₂与藻类复合的陶瓷中空纤维复合体系。形态和能谱分析表明，TiO₂和藻类在氧化铝中空纤维中得到了适当的支撑。当初始Cr（VI）浓度为10 mg/L、TiO₂和藻类的剂量为1g/L，混合系统在处理16 h后导致Cr（VI）总还原。此外，混合系统的Cr（VI）还原效率在5次重复使用后仅降低9%，10次重复使用后仅降低42%。因此，浸渍二氧化钛并以绿藻C.vulgaris修饰的微结构陶瓷中空纤维对Cr（VI）的还原是有效的。

6、中文标题：光催化-电浮选技术处理富营养化原水的前景
引自：Peng H , Jiang S , Xu J , et al. A promising cooperation of photocatalysis and electro-floatation for treatment of eutrophicated raw water[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, 275:122564.

图一实验装置原理图

图二组合工艺原理图

本研究采用光催化与电浮选耦合的方法去除富营养化原水中的藻类和有机物。构建了单光催化、单电浮选、光催化和电浮选(组合工艺)等一系列工艺，探讨其对污染物的去除效果，探索光催化和电浮选的相互作用机理。据结果表明，单个光催化过程对可溶性化学需氧量(SCODMn)、总化学需氧量(TCODMn)和叶绿素a (Chl-a)的去除率分别为55%、14%和30%，组合工艺对上述指标的去除率分别提高到91%、70%和86%。此外，电浮选的存在可以提高光催化剂的光催化活性，这可归因于电浮选可以提供充足的氧气，有利于Bi₄O₅I₂(【Hmim】I)/Bi₄O₅I₂(KI)光催化剂产生更具有活性的超氧阴离子，以及产生大量的浮动微气泡，以增强污染物和光催化剂的传质。本研究将为富营养化原水同时处理藻类和有机质提供新思路，为水体的原位富营养化恢复提供保障。