双良环境最新科研动态(2020-12)

2020-12-01 12:50:24 0 双良环境

1.中文标题：水处理用三维石墨烯气凝胶
引自：Haitao Wang，Xueyue Mi，Yi Li，Sihui Zhan.3D Graphene‐Based Macrostructures for Water Treatment. Applied Advanced Materials.

图1 a）3D石墨烯气凝胶作为吸附剂，用于从水中去除有机污染物。 a-i-aiii）一滴十六烷的吸收过程的视频快照，以及a-iv）石墨烯气凝胶表面上的水滴的光学照片。b）石墨烯气凝胶对不同有机溶剂的吸收能力。 c）吸附/解吸循环显示石墨烯气凝胶对正己烷具有极好的可回收性。 d）不同染料的石墨烯气凝胶的吸收能力。

基于三维结构的石墨烯气凝胶作为一种新型的多孔炭材料，在水处理方面具有巨大的潜力。除了继承石墨烯的优良特性外，它们还具有独特的集体特性，如超轻、高孔隙率、优良的导电性、无接缝互连的孔结构、易于处理和回收利用。更重要的是，它们可以作为开发具有大量最高性能和新颖功能的先进材料的理想框架。因此，3D-GBMs在水净化领域得到了广泛的应用。
尽管这一蓬勃发展的领域取得了迅速而可观的进展，但仍有几个关键问题需要解决，以充分发挥其潜力。首先，尽管3D-GBMs技术的潜力已经在水处理的一些应用中得到了证明，但是如何将这些技术集成到现有的水处理系统中仍然需要系统的评估研究。
最后，利用模型污染物在实验室规模上完成了目前所有的研究，以评估3D-石墨烯气凝胶的潜力。随着知识的积累，3D-石墨烯气凝胶的研究应该向中试和全尺寸的方向发展，这对于评估3D-石墨烯气凝胶在实验室外的实际应用潜力是非常迫切的。

2. 中文标题：分子印迹硫掺杂纳米二氧化钛对双酚a的新型选择性吸附和光降解

引自：Guangzhu Zhou, Ph.D., Yiyun Cao, Yuqin Jin , Cuizhen Wang, Ph.D.,et al. Novel selective adsorption and photodegradation of BPA by molecularly imprinted sulfur doped nano-titanium dioxide. Journal of Cleaner Production 274 (2020) 122929.

为了实现双酚A (BPA)的选择性吸附和光催化与吸附的协同作用，采用化学法制备了载于硫掺杂二氧化钛空心球(MICST)上的分子印迹表面聚合纳米粒子。首先，在表面活性剂CTAB和SDS的帮助下，合成均匀的硫掺杂二氧化钛颗粒(CST)，然后在表面负载分子印迹聚合物层，最后去除模板分子后得到硫掺杂二氧化钛的分子印迹聚合物层。采用TEM、SEM、EDS、FTIR、BET和XRD对材料进行了表征。BET试验测得的比面积为160 m²/g。对接触时间、pH、选择性等参数进行了系统的评价和优化。并对其吸附量、选择性及光降解活性进行了研究。Langmuir吸附模型验证了双酚a的最大吸附量为191 mg/g。它优于文献报道的大多数印迹光催化剂。此外，还研究了印迹聚合物用量对其光降解效果的影响。该材料可作为处理废水中难降解有机污染物的重要候选材料。

3.中文标题：刻蚀参数对硅纳米线/氧化石墨烯纳米复合材料光催化活性的影响

引自：Mounir Gaidi ^1,2,4,^∗ , Kais Daoudi ^1,2 , Soumya Columbus ^2,3, Anouar Hajjaji ⁴ , My Ali El Khakani ⁵ , Brahim Bessais . Enhanced photocatalytic activities of silicon nanowires/graphene oxide nanocomposite: Effect of etching parameters.journal of environmental sciences 101 (2021) 123–134

使用银辅助化学刻蚀技术成功地制备了均质且垂直排列的硅纳米线（SiNW）。使用扫描电子显微镜，透射电子显微镜和原子力显微镜对制备的样品进行表征。已经研究了氧化石墨烯（GO）改性的SiNWs的光催化降解性能。我们发现，SiNWs的形态取决于蚀刻时间和蚀刻剂成分。当将蚀刻时间从5分钟更改为30分钟时，SiNW的长度可以从1μm调整为42μm。发现蚀刻剂的浓度可以加速蚀刻过程。对于固定的蚀刻时间，将浓度加倍会使SiNW的长度增加两倍。还研究了束形态的变化作为蚀刻参数的函数。发现SiNW的直径与SiNWs束的尺寸随刻蚀时间和刻蚀剂浓度的增加而增加。发现GO的加入显著改善了SiNWs的光催化活性。观察到蚀刻参数与光催化效率之间存在很强的相关性，主要是针对在最佳蚀刻时间10分钟和4：1：8的蚀刻剂浓度下制备的SiNW。降解效率为92％，通过添加过氧化氢进一步提升降解效率至96％。裸硅样品和GO /裸硅样品的降解效率分别只有16％和31％。所得结果表明，所开发的SiNWs / GO复合材料表现出优异的光催化性能，可作为降解有机污染物的潜在平台。

4. 中文标题：异质结复合光催化剂的制备及其在可见光下抑制铜绿微囊藻活性的研究
引自：Fabrication of heterostructured Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)
nanocomposite for efficient photocatalytic inactivation of Microcystis
aeruginosa under visible light Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2),Gongduan Fan, Jiajun Zhan, Jing Luo, et al. Journal of Hazardous Materials 404 (2021) 124062

图4 可见光下Ag/AgCl@g-C₃N₄@UIO-66(NH₂)催化灭活铜绿假单胞菌的可能机制
本文研究了一种新型异质结光催化剂Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)在可见光下催化灭活铜绿微囊藻（M.aeruginosa）。采用液相法合成了光催化剂，并用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、BET比表面积、X射线电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外（FTIR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、光致发光（PL）和电化学阻抗（EIS）对其进行了表征。纳米复合材料不仅可以提供大量的活性位点，而且可以提高利用可见光能量和有效转移电荷载体的能力，从而提高蓝藻的去除效率（叶绿素a在180 min内降解了99.9%）。研究了光催化降解叶绿素a的各种因素。此外，还研究了光催化过程中铜绿假单胞菌细胞形态、膜透性、生理活性的变化。循环试验表明，Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)具有良好的可重复利用性和光催化稳定性。最后，提出了铜绿假单胞菌失活的可能机制。总而言之，Ag/AgCl@g-C3N4@UIO-66(NH2)在可见光下能有效地灭活蓝藻，为进一步去除水体中的有害藻类提供了有益的参考。

5. 中文标题：电化学辅助光催化同时降解水中有机微污染物和灭活微生物
引自：I. Salmerón a, B P K S , M.I. Polo-López a, et al. Electrochemically assisted photocatalysis for the simultaneous degradation of organic micro-contaminants and inactivation of microorganisms in water[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2021, 147:488-496.

图5 实验装置原理图
本项研究提出了对光电化学反应器同时降解有机微污染物（OMCs）和使真实地表水中的细菌失活的性能的评估。目标有机微生物为特布汀、氯芬磷和双氯芬酸(各500 µg L-1),模型菌为大肠杆菌 k12(10⁶cfu mL^-1)。该反应器使用了一个由两个钛网电极组成的光阳极，通过阳极氧化，在表面形成自组装的整齐的二氧化钛纳米管。研究了两种阴极材料，即Pt和碳毡。电化学辅助光催化（EAP）观察到较高的大肠杆菌灭活率，铂CE的还原值（LRV）和碳毡阴极在2小时内的2.7-LRV，而光催化的只有0.8 LRV（开放）电路。采用炭毡阴极和外加电位在90min 内实现了4.5-LRV。对于电化学辅助光催化和光催化（开路）降解的有机微污染物，观察到相似的降解动力学，在60分钟内总有机微污染物去除了约70％，并对羟基自由基、H₂O₂和氯的生成进行了评价，以阐明降解和消毒的机理。研究结果表明，电化学辅助光催化比光催化单独处理有机微污染物和对水的消毒效果更好。

6. 中文标题：长江沿岸大坝转移了微生物群落并影响了氮的转化
引自：Gao Y , Zhang W , Li Y , et al. Dams shift microbial community assembly and imprint nitrogen transformation along the Yangtze River - ScienceDirect[J]. Water Research, 2020, 189.
水坝对防洪、蓄水、灌溉、发电、航运等都很重要，被认为是水生生态系统中最大的人为干扰。但是，水坝在大流域尺度上对氮素转化影响的研究较少。为了更明确的研究大坝对氮素转化的影响，利用16s rRNA基因测序技术研究沿长江流域不同坝况下的生物动力学与生态过程，因为微生物群落在氮转化中起着关键作用。与地形相比，水坝对沿江微生物群落分布格局的影响更为显著。结果表明，通过控制悬沙浓度，水坝过滤了主要的石种，重塑了群落的分布，介导了微生物群落的生态组装过程。此外，大坝与氮素转化之间存在直接因果关系是通过微生物群落连接起来的。综上所述，本研究结合水文学、微生物生态学、生物地球化学等学科知识，揭示了不同水坝对大江大河氮转化的影响，强调了悬沙和微生物群落的关键作用。我们期望更精确地模拟和预测大流域的氮转化，这可能为控制水环境中的氮提供新的视角。

图6 沿江优势群落组成。（a）对不同阈值采用两种常用的分割方法的稳定性。最佳族群的数目由Calinski-Harabasz指数和拉普拉斯近似法表明。（b）非计量多维标度（NMDS）图显示了用DMM方法划分的5种不同亚群落类型之间的区别。（c）长江沿岸3个季节所有沉积物样品的亚群落类型分布。（d）蒙特卡罗模拟的Fisher精确检验和Chisquare检验对群落类型与地貌类型、坝况类型和季节类型划分之间的关联性。