雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-09)

2022-10-08 13:17:46 0 雙良環(huán)境

1.中文標題：抗生素廢水中的光催化: 污染物降解和產氫綜述

引自：A review on photocatalysis in antibiotic wastewater: Pollutant degradation and hydrogen production. Zhidong Wei , Junying Liu,Wenfeng Shangguan. Chinese Journal of Catalysis 41 (2020) 1440–1450.

近些年來, 關于抗生素藥物的研究越來越多. 在1998?2018的20年間, 共計發(fā)表了超過5000篇關于抗生素廢水處理的研究論文。其中, 由于綠色環(huán)境友好型的特點, 光催化降解抗生素廢水成為一個新的研究熱點而備受關注。本文總結了近些年來的光催化技術在抗生素廢水中應用的研究進展, 包括抗生素廢水的降解以及轉化抗生素廢水產氫。對于常用的催化劑材料體系也同樣進行了討論。所涉及到的抗生素主要包含了四種常見的種類, 分別是四環(huán)素類, 磺胺類, β-內酰胺類以及喹諾酮類抗生素。此外, 本文還列出了光催化在抗生素廢水中的未來發(fā)展與挑戰(zhàn)的前景, 特別是在光催化轉化抗生素廢水制氫方面。在光催化氧化去除抗生素的研究中, 早期的催化劑體系以TiO₂基氧化物體系為主。然而, 隨著研究的深入, TiO₂基催化劑材料一般只能響應紫外光, 將極大限制其在未來的工業(yè)化應用中。人們致力于開發(fā)新的可響應可見光甚至遠紅外光的材料體系。而硫化物以及氮化物基材料可以滿足在可見光實現光催化抗生素廢水的降解。然而, 由于這兩類催化劑材料的價帶位置過高, 氧化能力不足, 在可見光下的降解效果也有限。鉍系材料則同時可以解決上述問題, 它們通常具有可見光吸收能力且價帶更正氧化能力更強, 成為可見光光催化降解抗生素催化劑的熱門選擇之一。抗生素廢水既是一種廢物, 也是一種能源. 光催化抗生素廢水制氫的研究近幾年來逐漸興起。這些研究表明, 可以實現光催化制氫與抗生素廢水降解的同步進行。目前的研究中, 使用的催化劑材料多集中在g-C₃N₄以及CdS體系為主的材料上, 新的材料體系有待于開發(fā)。然而, 對于未來光催化與抗生素廢水之間的研究, 還存在著一些問題及挑戰(zhàn)。在光催化降解抗生素中廢水中, 抗生素廢水的氧化還原電位需要確定, 這對于催化劑的選擇具
有一定的指導性。其次, 新的高效的可見光催化劑材料仍然有待于開發(fā)。降解的路徑與抗生素濃度之間的關系, 也是需要深入研究之所在。而對于光催化同時產氫去除抗生素廢水的體系,首先是說明氫的來源, 其次在于探索厭氧環(huán)境下抗生素廢水的降解路徑, 自由基遷移轉化規(guī)律及其協同競爭關系。最后,開發(fā)新型高效的同時產氫降解抗生素廢水的光催化體系依然是一個挑戰(zhàn)和難題。

2. 中文標題：增強葉綠體-線粒體之間的串擾能促進環(huán)境中藻類產生氫氣
引自：Tamar Elman,Thi Thu Hoai Ho,Yuval Milrad,et al. Enhanced chloroplast-mitochondria crosstalk promotes ambient algal-H₂ production[J].Cell Reports Physical Science 3, 100828 April 20, 2022.

微藻是產氫的天然生物催化劑。它們有一種能力能將太陽能轉化為有價值的化合物，只需要利用最小的生態(tài)路徑，這種能力使它們成為清潔能源轉型的重要貢獻者。目前，藻類制氫雖然很有前景，但不可擴展，因為它僅限于無氧條件，并且由于其他過程（主要是碳固定）的電子損失而壽命短。在這里，我們闡述了通過調控有類囊體質子梯度缺陷型的菌株Dpgr5能夠同時繞過上述的兩個問題，能在裝有混合營養(yǎng)液1升的裝置中，使之延長產氫時間至 12 天。我們表明，Dpgr5 具有抑制碳固定的能力，這種能力能夠抵消葉綠體-線粒體之間強力的能量交換。這種獨特的生理學能夠維持 Dpgr5 簡單而強大且具有可擴展的制氫能力。

3. 中文標題：利用苦蘇葉提取物生物合成納米氧化鋅：光催化和抗菌活性研究
引自：Biosynthesis of ZnO nanoparticles using Hagenia abyssinica leaf extracts; their photocatalytic and antibacterial activities. Dagme Zewde, Belete Geremew. Environmental Pollutants and Bioavailability, 2022, 34(1): 224-235.

本文利用苦蘇葉提取物的水溶液綠色合成氧化鋅納米顆粒，該水溶液作為還原劑和穩(wěn)定劑還原二水乙酸鋅。通過XRD、SEM、FTIR和UV-Vis光譜等多種技術對合成的ZnO NP進行了表征。XRD圖譜證實，合成的納米顆粒的六方晶相結構和平均晶粒尺寸為27.833 nm。使用傅里葉變換紅外（FTIR）方法檢測了幾個官能團。甲基橙初始濃度為15 mg/L，催化劑用量為40 mg，陽光照射120 min內，甲基橙的降解率為83.17%。本研究展示了一種新的、環(huán)保的方法來合成氧化鋅納米顆粒，該納米顆粒在水處理和染料降解方面具有潛在的應用前景。采用紙片擴散法測定對革蘭氏陽性（金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌，S. aureus and S. epidermidis）和革蘭氏陰性（大腸桿菌和肺炎克雷伯菌，E. coli and K. pneumoniae）菌株的抗菌活性。相比于革蘭氏陰性菌，ZnO NP對革蘭氏陽性菌的抑制效果較好；催化劑劑量為10 mg/L時，對大腸桿菌的抑菌圈大小為16 ± 1.0，對表皮葡萄球菌的抑菌圈大小為18.33 ± 0.58。

4、中文標題：靜電紡絲制備nylon-6@UiO-66-NH(2)纖維膜選擇性吸附增強光催化還原水中Cr(VI)
引自：Ji, W; Wang, XB; Ding, TQ ; Chakir, S; Xu, YF; Huang, XH; Wang, HT.Electrospinning preparation of nylon-6@UiO-66-NH(2 )fiber membrane for selective adsorption enhanced photocatalysis reduction of Cr(VI) in water. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
Cr(VI)引起的環(huán)境問題亟待解決。纖維膜由于其高表面積和易回收性而被廣泛用于污染物去除。因此，使用靜電紡絲和原位晶體生長工藝制備了尼龍-6@UiO-66-NH₂ 纖維膜。在此過程中，UiO-66-NH₂晶體通過原位溶劑熱處理在尼龍6纖維上均勻連續(xù)地生長。獨特的結構在可見光照射下表現出選擇性吸附增強的對 Cr(VI) 還原的光催化性能?；陟o電對Cr(VI) (202.79 mg.g^(-1)) 具有選擇性及高吸附能力和螯合相互作用，尼龍 6 纖維可提升 UiO-66-NH₂晶體的聚集并為復合膜提供含氮官能團。這種優(yōu)異的吸附性能有利于將有毒的Cr(VI) 光催化還原為Cr(III)。尼龍6@UiO-66-NH₂纖維膜對Cr(VI)的光催化能力為27.1 mg.g^(-1)，幾乎是純UiO-66-NH₂粉末的兩倍(15.5 mg.g^(-1))，因此表現出選擇性吸附增強的光催化性能。這項工作不僅為聚合物@MOF復合膜的原位制備提供了一種新研究方向，而且還深入了解了吸附增強的光催化Cr(VI)還原行為。

5、中文標題：通過固定金和二氧化鈦納米粒子增強絲織物的性能
引自：Jing An, Fan Zou, Jing Zhang , et al. Enhanced properties of silk fabric through immobilization of gold and titanium dioxide nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 634 (2022) 128018

采用金納米粒子 (AuNPs) 和二氧化鈦納米粒子 (TiO₂NPs) 的復合涂層來增強絲織物的功能。通過原位合成將金納米粒子涂覆在絲織物上，然后在聚乙烯亞胺（PEI）的幫助下負載二氧化鈦納米粒子。 AuNPs通過其局部表面等離子體共振(LSPR)使真絲織物具有鮮艷的色彩，這種共振在TiO₂NPs進一步組裝后得以維持。對功能化絲織物的表面形態(tài)和化學結構進行了詳細表征。具有TiO₂NPs的AuNP染色絲織物比具有TiO₂NPs的傳統染料染色絲表現出更好的耐光色牢度。 AuNPs和TiO₂NPs的協同作用增強了絲織物抗菌性能的（大腸桿菌）。更重要的是，AuNPs 極大地提高了 TiO₂NPs 在絲織物上分解污染物的光催化活性。功能性納米粒子在纖維材料上的組裝為在紡織工業(yè)中實現多功能織物提供了一種潛在的簡便有效的策略。

6、中文標題：金屬Cd和BiOCl修飾CdS團簇的固定化膜光催化劑的構建及其對四環(huán)素類抗生素的光催化降解
引自： Jiajia Li , Ziwei Zhao , Zhuoning Li , et al. Construction of immobilized films photocatalysts with CdS clusters decorated by metal Cd and BiOCl for photocatalytic degradation of tetracycline antibiotics[J]. Chinese Chemical Letters. 2022,33(08).
本研究制備了一種CdS/Cd-BiOCl固定化膜光催化劑。分析了CdS/Cd-BiOCl光催化劑的光學和物理化學性質，并對其進行了詳細的表征，發(fā)現CdS/Cd-BiOCl膜光催化劑具有良好的載流子分離效果。研究了樣品的可重復使用性和光催化性能。15%Cd-S/Cd-Bi-OCl光催化劑在可見光照射下對四環(huán)素（TC）具有良好的光催化降解性能和良好的穩(wěn)定性。對于TC的光降解率，15%CdS/Cd BiOCl表現出優(yōu)異的光降解活性，分別是CdS/Cd和Bi-OCl的4.06和9.53倍。結果表明，在光降解過程中，主要活性物種是·O₂-和·OH自由基。Z型CdS/Cd BiOCl薄膜光催化劑中的電荷轉移可以在BiOCl中同步產生傳導帶（CB）電子和CdS中的價帶（VB）空穴，金屬Cd充當電子媒介。本研究可為薄膜光催化劑的設計提供參考，并為光降解污染物提供新的見解。

7、具有光催化降解和光熱轉換性能的異質結KH570-TiO₂/MXene/PAN膜的制備與應用

引自：Xiang Qin，Xuan Feng，Tong Zhu,etc.Preparation and application of heterojunction KH570–TiO₂/MXene/PAN membranes with photocatalytic degradation and photothermal conversion properties.Applied Journal of Solid State Chemistry Volume 312, August 2022, 123142.

水體多功能膜是一種高效、環(huán)保的水凈化處理技術。通過靜電紡絲制備 MXene/PAN 膜，并用硫酸水解得到酰胺化的 MXene/PAN 膜，將 KH-570 改性的 TiO₂ 附著在膜上，得到 KH570–TiO₂/MXene/PAN 膜。 KH570-TiO₂/MXene/PAN 膜對有機染料表現出優(yōu)異的光催化降解性能，對水的蒸發(fā)速率很高，因為 MXene 提高了 MB 的吸附和光熱轉換效率，而 Ti₃C₂/TiO₂/SiO₂ 異質結結構纖維表面提高了催化活性。 MB的光催化降解效率在10 mg/L的MB溶液中60 min內達到90%，是 P25的5.4倍。 1個太陽光照射下最大水分蒸發(fā)率達到1.14kg·m⁻²·h⁻¹。 KH570-TiO₂/MXene/PAN 膜可用于結合光催化降解和水蒸發(fā)性能設計的凈水器。

8、中文標題：Ag₃PO₄光催化對亞甲基藍去除和微生物燃料電池發(fā)電的促進作用

引自：Jixiang Zou, Qinghuan Chang, Zhishuai Yuan, et al. The promotion of Ag₃PO₄ photocatalysis on methylene blue removal and electricity generation in microbial fuel cell[J]. Journal of Power Sources 541 (2022) 231697.

光催化促進微生物燃料電池（photo-MFC）系統旨在提高難降解有機污染物在廢水中的降解效率。為了避免紫外光和活性氧化物對微生物的傷害，選擇了窄禁帶的磷化銀催化劑，并在微生物燃料電池的陽極室內用TiN物陽極分離。在可見光照射下，光降解與生物降解的協同作用使10mg/ LMB乙酸鈉共基質的脫色效率達到95.8% ，最大功率密度為2.90 W/m²。光-MFC系統中共基質的化學需氧量（COD）和總有機碳（TOC）去除率分別為83.21% 和72.47% ，明顯高于單獨光催化的去除率（COD 為8.67%，TOC為9.65%）。光催化MFC體系的降解效率、功率密度和礦化能力均高于單一MFC或光催化體系。微生物群落分析表明，光敏陽極系統中主要的陽極菌屬為假單胞菌屬（73.75%）和地桿菌屬（19.62%）。光催化增加了假單胞菌的豐度。這種光-MFC耦合系統在污水處理和能量回收方面具有很大的應用潛力。