双良环境最新科研动态(2021-12)

2021-12-01 16:50:28 0 双良环境

1.中文标题：通过光催化选择性回收贵金属
引自：Yao Chen, Mengjiao Xu, Jieya Wen.et al.Selective recovery of precious metals through photocatalysis. NATURE SUSTAINABILITY.
黄金和铂等贵金属是各种重要应用的宝贵材料，但它们的稀缺性会有供应中断的风险，而从废物中回收贵金属成为了一个有前景的解决方案，但是传统的冶金方法承担着高昂的环境成本和能源消耗。在这里，我们报告了一种新型光催化过程，可以选择性地从废电路板、三元汽车催化剂和矿石中回收七种贵金属—银 (Ag)、金 (Au)、钯 (Pd)、铂 (Pt)、铑 (Rh)、钌 (Ru) 和铱 (Ir) )。整个过程不涉及强酸、强碱或有毒氰化物，只需要光和光催化剂，如二氧化钛（TiO₂）。通过简单的还原反应，可以溶解废物源中99%以上的目标元素，回收贵金属，而且纯度较高（≥98%）。通过成功制备了公斤级的催化剂并且使用次数在100次以上，表明这种方法是可以工业化的。这项研究为地球资源的循环利用和循环经济的发展开辟了一条新途径。

2、中文标题：可见光照射下有害微藻米氏凯伦藻的光催化灭活和破坏：对生理反应和毒性评估的启示
引自：Photocatalytic inactivation and destruction of harmful microalgae Karenia mikimotoi under visible-light irradiation: Insights into physiological response and toxicity assessment. Wang, Wanjun; Liao, Pan; Li, Guiying. Environmental Research. 2021 198：111295.
米氏凯伦藻引起的有害藻华(HABs)在全球近岸海域频繁发生，对海洋生态系统造成严重破坏和经济损失。光催化具有利用可持续阳光原位抑制藻类生长的潜力。然而，微藻在海洋环境中的失活和解毒机制尚未系统研究。本工作首次尝试以g-C₃N₄/TiO₂固定化膜作为模型光催化剂，可见光驱动光催化灭活K. mikimotoi。通过实时活体叶绿素荧光检测法，在60 min内灭活率可达64%。固定化光催化剂薄膜还表现出优异的光稳定性和可回收性。机理研究表明，光生h⁺和¹O₂是主要的反应物种。荧光显微镜结合SEM观察监测藻细胞破裂过程，证实细胞膜受损后包括整个细胞核在内的细胞内成分渗漏。观察了抗氧化酶活性(即CAT和SOD)、细胞内ROS水平和脂质过氧化的生理反应。此外，细胞内释放曲线和急性毒性评价表明，毒性K.mikimotoi成功脱毒，释放的有机物无细胞毒性。这项工作不仅为利用太阳光在海洋环境中原位处理K. mikimotoi提供了一种潜在的新策略，而且为了解光催化处理海洋微藻的灭活和破坏机制以及对海洋环境的毒性影响开辟了途径。

图1 g-C₃N₄/TiO₂薄膜光催化剂在VL(λ≥ 420 nm )照射下对K.mikimotoi的光催化灭活机理的示意图

3、中文标题：紧密耦合基于无纺布的光催化与生物降解系统高效去除水中铜（II）络合物
引自：[1] Yya B , Peng Y A , Yd A , et al. Non-woven cotton fabric based intimately coupling of photocatalysis and biodegradation system for efficient removal of Cu(II) complex in water. 2021.
由于水体中重金属络合物其稳定性高、机动性强，因此有的效修复已成为一个难点且具有挑战性。在本研究中，我们提出了一种新的策略，采用紧密耦合以无纺布为载体的光催化生物降解（ICPB）技术对柠檬酸铜进行高效去除。实验结果表明，ICPB系统对铜的去除率高达94%，高于单一光催化技术。经过5次循环后，铜的去除率在5小时内仍能达到78%。0-40 mg/L柠檬酸盐的存在影响可忽略不计，而60-100 mg/L柠檬酸盐对铜的去除存在上限（~70%）。柠檬酸铜的分解是通过自由基和微生物的作用实现的。两个主要过程，微生物对Cu²⁺的生物吸附和Cu0附着在材料表面，对水溶液中铜的去除起着重要作用。这个系统中的优势微生物为变形菌、放线菌、拟杆菌、氯曲菌属、绿藻门、扁平菌属和疣状菌属。此外，通过对其它重金属化合物的处理，也验证了ICPB体系的有效性。该研究为废水中重金属化合物的去除提供了可行的策略。

图2 ICPB体系中Cu化合物降解和Cu回收的可能机制
4、0-D三元金属氧化物(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)纳米混合物与1-D羟基磷灰石(HAp)纳米棒协同作用，用于人工合成废水中RhB的去除和水分解析氢引自：Kingdom Alorku,M. Manoj,Cui Yanjuan,etc.Nanomixture of 0-D ternary metal oxides (TiO₂-SnO₂-Al₂O₃) cooperating with 1-D hydroxyapatite (HAp) nanorods for RhB removal from synthetic wastewater and hydrogen evolution via water splitting.Applied Chemosphere Volume 273, June 2021, 128575.这项工作是为了设计一种从工业废水中去除阳离子染料的可行替代方法。在这方面，合成了(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)配合羟基磷灰石(HAp)纳米棒的纳米混合液作为催化剂，用于从水介质中降解罗丹明B (RhB)染料。通过XRD、FESEM、TEM、XPS、FTIR、BET-BHJ、UVeVis和Raman光谱等手段对水热法制备的羟基磷灰石纳米混合液(HNM)的物理化学性质进行了表征。结果表明，所合成的材料是平均晶粒尺寸为12.53 nm的纳米棒，BET比表面积为60.81 m² /g，在不同ph条件下( 酸性、碱性和中性 )对罗丹明B具有很好的去除效果。在酸性介质中使用(5 ppm)RhB在紫外线照射30 min内达到97%的最大去除率，而在较高浓度（20 ppm）下，在相同反应条件下仅需90 min即可实现98%的RhB降解。在60分钟内生成129.45 mmol/ g 氢气（H₂）的情况下，探索了所制备的纳米混合物通过水裂解生成氢气的进一步催化潜力。我们的研究结果表明，所制备的纳米混合物可以用作去除工业过程中使用的废染料的有效催化剂，也可以用作催化剂氢气生产。

图3 羟基磷灰石纳米混合液( HNM )合成示意图

5、中文标题：膜曝气生物反应器结合超声进行生物膜剥离的模型的建立及其生物膜厚度控制
引自：Mg A，Sheng C B，Ss A. Development of an integrated ultrasonic biofilm detachment model for biofilm thickness control in membrane aerated bioreactors[J]. Applied Mathematical Modelling, 2021.控制曝气膜生物膜反应器(MBfR)的生物膜厚度是MBfR保持长期稳定运行的关键。在这种情况下，声空化则是一种有效的控制生物膜厚度的方法。然而，为了使生物膜厚度保持在一个最佳值，就必须了解声学参数和空化泡分布对生物膜剥离的影响，并建立生物膜剥离和再生之间的联系。本文采用非线性反应扩散模型，建立了曝气膜生物膜反应器中生物膜发展及其对声空化产生的机械应力响应的数学模型。模拟结果表明，压力、换能器振幅和频率是影响生物膜剥离的两个关键因素。此外，生物膜表面空化的均匀分布是获得均匀生物膜厚度的关键。此外，在两者之间有一个适当的停留时间的周期性空化剥离对于维持生物膜厚度在预期值很重要。因此，本研究旨在提出一种综合模拟方法来优化声空化参数和方法，以实现对甲基溴化铵生物膜厚度的有效控制。

6、中文标题：推动光催化和生物降解系统紧密耦合的实际应用:系统改进、环境影响和分析策略
引自：[1] Hz A , Yin L A , Yi L A , et al. Propelling the practical application of the intimate coupling of photocatalysis and biodegradation system: System amelioration, environmental influences and analytical strategies[J]. Chemosphere, 2021.
由于系统运行过程中生物成分和光催化剂之间的紧密联系，光催化和生物降解（ICPB）的紧密耦合具有更强的顽固污染物去除和能量产生的能力。 ICPB系统中的光催化剂可以处理有毒污染物，减轻微生物的外部压力，实现光催化降解产物的矿化。然而，由于复合系统中的组件复杂，ICPB系统的作用机制尚未完全了解。此外，可变的环境条件将在ICPB系统性能中发挥重要作用。 ICPB方案的进一步发展需要明确如何在实际应用中准确了解系统状况。本次审查首先提供有关系统构建和系统组件改进的最新进展的详细信息。然后我们描述了相关环境因素对系统性能的潜在影响，并进一步总结了适用于理解系统运行过程中关键过程的分析策略。最后，我们提出了当前系统的研究空白，并展望了该系统的前瞻性应用。该综述为今后致力于在ICPB系统的实际应用中评估环境扰动和探索反应机制的研究提供了有价值的参考。

7、中文标题：固定化二氧化钛在固定基质上的直接染料废水光催化降解研究
引自：Woottikrai Chairungsri a,d , Arisa Subkomkaew a,d , Pimluck Kijjanapanich a,c , Yothin Chimupala b,c, Direct dye wastewater photocatalysis using immobilized titanium dioxide on fixed substrate. Chemosphere.
光催化技术是一种很有前途的废水脱色技术。在光催化过程中，二氧化钛(TiO₂)因其成本低、用途广而被广泛用作催化剂。然而，使用二氧化钛粉末会导致很难从处理过的废水中分离。因此，本课题研究了二氧化钛在玻璃和铁珠等两种不同基质上的固定化。采用喷雾液相法制备复合材料分散到基材上，然后材料在不同的温度(600-750◦C)煅烧。在700◦C煅烧温度下，SEM和EDS分析表明，TiO₂颗粒均匀分布在基体上。重要的是，沉积的TiO₂颗粒为锐钛矿和金红石混合相结构，这两种结构都被认为有利于光催化过程。最终，在700◦C煅烧的复合材料在4 h的直接染料光降解效率达到了64.0%。重复使用的催化剂在第二循环中降解效率没有明显变化，表明其具有可重复使用的能力。第二次使用后，固定化TiO₂在固定基质上的稳定性仍然很高。

图4

8、中文标题：一种底栖生物扰动耦合生物膜形成增强脱氮去除技术用于缓解淡水富营养化的新策略
引自：Nitrogen removal enhanced by benthic bioturbation coupled with biofilm formation: A new strategy to alleviate freshwater eutrophication, Wei Yang, Jingmei Yao, Yan He,Journal of Environmental Management , https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112814.
过量的氮进入水体会导致富营养化，从而降低生物多样性，降低淡水功能。沉积物中的氮污染是导致富营养化难以控制的重要原因之一。疏浚和复盖底泥污染等物化技术容易破坏和均匀化水生生境。为了从生态角度缓解淡水富营养化的问题，本研究结合生物扰动和生物膜的功能，测试它们对沉积物和水中氮的去除效果。结果表明，采用耦合功能（生物扰动+生物膜，SCB）的总氮去除率大于单一功能（生物扰动或生物膜）。SCB处理的总氮去除率是对照组无摇蚊和生物膜培养基的3.19倍。摇蚊生物扰动促进了氮从沉积物向上覆水体的释放。生物膜强化了摇蚊对氮的转化和去除，使SCB处理的上覆水中总氮浓度最低。脱氮的增强可能是由于耦合作用增加了沉积物和生物膜中反硝化和厌氧氨氧化功能菌的丰度。所以，将底栖动物与生物膜介质相结合的方法不仅是减少淡水生态系统中沉积氮负荷的可行解决方案，而且也是减轻上覆水体富营养化的解决方案。水生生态系统的恢复和管理应考虑保护底栖生物的栖息地，同时保持生物膜的异质性。因此，可以将底栖生物和生物膜介质添加到富营养化的水生生态系统中，加强对氮的去除。底栖生物扰动加生物膜形成强化脱氮是降低淡水富营养化风险的一种可能的原位策略。