雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2021-11)

2021-11-01 16:32:30 0 雙良環(huán)境

1、中文標題：將太陽能驅(qū)動的光熱效應(yīng)耦合到光催化中以實現(xiàn)可持續(xù)水處理
引自： Yi L A , Hao Z A , Df A , et al. Coupling Solar-Driven Photothermal Effect into Photocatalysis for Sustainable Water Treatment[J]. Journal of Hazardous Materials, 2021.
有效利用可再生和取之不盡、用之不竭的太陽輻射進行能源轉(zhuǎn)換在過去十年已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注和研究。太陽能熱轉(zhuǎn)換作為一種普遍存在的現(xiàn)象，同時進行水蒸發(fā)和提高光催化性能，以解決淡水短缺和能源危機是可以實現(xiàn)的。最近，太陽能水蒸發(fā)伴隨著光催化降解、殺菌，制氫被認為給清潔水和能源生產(chǎn)領(lǐng)域注入了新活力，是一條有希望的途徑。在合理設(shè)計的太陽能功能材料的推動下，大量的光熱耦合光催化技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來。對此，總結(jié)最近的進展并討論這一多學(xué)科領(lǐng)域的挑戰(zhàn)是迫切的。在此，我們概述基于各種基本原理的光熱材料，突出了在太陽能水蒸發(fā)、水凈化和太陽能驅(qū)動能源生產(chǎn)領(lǐng)域的新興應(yīng)用。此外，對基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)和展望。可以預(yù)見，這為進一步推動太陽能熱驅(qū)動水蒸發(fā)和光催化系統(tǒng)綜合發(fā)展，實現(xiàn)同步能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境應(yīng)用提供了有效參考意見。

圖1：與太陽熱蒸發(fā)（a）和光催化（b）相關(guān)的光熱材料研究的出版趨勢。每年的出版物摘自2016年至2021年的科學(xué)網(wǎng)。

2、中文標題：基于短程光催化/藻類降解混合技術(shù)深度處理印染廢水模擬尾水的策略
引自：[1]Strategy for the advanced treatment of simulated tail water of dyeing wastewater based on a short-cut photocatalysis/algal degradation hybrid technology[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2021, 28(24):31470-31478.
印染廢水處理尾水中難降解的有機污染物引起了廣泛關(guān)注。它們高效且具有成本效益的去除減少了它們對公共健康和生態(tài)系統(tǒng)的威脅。本文研究了一種基于新型光催化/藻類降解混合技術(shù)，利用二氧化鈦和普通的蛋白核小球藻對模擬尾水中亞甲基藍（MB）進行高效去除，并著重闡述了其過程機理。通過化學(xué)降解和生物降解前預(yù)處理，顯著提高了處理效率。改性二氧化鈦的吸附和無機混凝劑對二氧化鈦的收集使MB濃度達到79.71%。凝固后低濃度MB的上清液可被蛋白核小球藻直接處理。在可見光下的短程光催化反應(yīng)中，93.7%的MB在1h內(nèi)被降解并轉(zhuǎn)化為中間體。6 d后，具有低生物抑制作用的中間體容易被小球藻進一步降解。機理分析表明，改性二氧化鈦不是簡單的單層吸附，以物理吸附為主。該混凝劑在改性二氧化鈦的收集過程中起到了重要的電荷中和作用。去除光催化中間體的過程分為對小球藻的快速吸附和藻類滯后期的低解吸，以及隨著藻細胞數(shù)量的增加而逐漸的生物降解。

3、中文標題：對從墨西哥Tepetitla 的紡織廢水中分離到兩株嗜酸單胞菌，進行偶氮染料脫色降解研究
引自：José Antonio Vilchis-Carmon，Isabel Cristina Rodríguez?Luna, et al. The decolorization and degradation of azo dyes by two Stenotrophomonas strains isolated from textile efuent (Tepetitla, Mexico)[J], Brazilian Journal of Microbiology (2021) 52:1755-1767.
Stenotrophomonas的代謝功能在污染環(huán)境的修復(fù)和植物生長促進中起著重要作用。對從紡織污水中分離到的兩株嗜酸單胞菌對偶氮染料的脫色和降解能力進行研究。用選擇性瓊脂培養(yǎng)基分離得到2株 Stenotrophomonas菌株(TepeL和TepeS) ，分別為萬古霉素、亞胺培南、兩性霉素b瓊脂(SVIA)。通過對部分16S rRNA基因片段的測序，確定分離菌株的身份。在不同濃度(50mg/L-1g/L)的羅瑞拉發(fā)酵液中(酸性紅、甲基橙、活性綠、酸性黃、活性黑)測定了它們對染料的脫色能力。采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和超高效液相色譜-質(zhì)譜法(UPLC-MS)代謝產(chǎn)物分析方法，研究了不同菌株對染料(酸性紅、甲基橙)生長的影響。我們還鑒定了可能參與降解過程的酶?；?6S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，該菌屬于寡養(yǎng)單細胞屬。在實驗濃度范圍內(nèi)，TepeL 和 TepeS分別對除1g/L外的所有偶氮染料進行脫色，并降解偶氮染料。降解產(chǎn)生了N，N-二甲基對苯二胺和4-氨基-1-萘磺酸鈉的甲基橙和酸性紅。測定的偶氮染料經(jīng)TepeL和TepeS速脫色降解。結(jié)果表明，這兩株菌對紡織品表面活性劑具有良好的去污能力。

4、中文標題：富鐵基質(zhì)生態(tài)浮床用于富營養(yǎng)化淡水水質(zhì)恢復(fù)與藻類抑制的研究
引自：Water quality retrieval and algae inhibition from eutrophic freshwaters with iron-rich substrate based ecological floating beds treatment, Zhifeng Hu, Desheng Li, Detian Guan，Science of the Total Environment 712 (2020) 135584
生態(tài)浮床在富營養(yǎng)化淡水恢復(fù)中被認為是一種常用的方法。在這項研究中，采用基于富鐵基質(zhì)（IRS）的生態(tài)浮床進行了實驗。實驗主要研究了IRS對水體營養(yǎng)物的去除效果和抑藻效果。結(jié)果表明，在7天的實驗期內(nèi)，IRS對葉綠素a（chl-a）的去除率達到98.2%，且具有較高的養(yǎng)分去除效率。此外，以富鐵基質(zhì)為主的生態(tài)浮床隨著活性的提高，chl-a去除率達到82.1%，總磷去除率達到98.5%。通過為期50天的中試實驗，對水生生物進行了研究。研究結(jié)果表明，富鐵的基底生態(tài)浮床是富營養(yǎng)化淡水生態(tài)恢復(fù)的一種可替代方法。研究結(jié)果支持以下結(jié)論：
•富營養(yǎng)化淡水中使用的IRS對藻類具有較好的抑制作用。IRS在富營養(yǎng)化水體中的顯著功效來自從微電解反應(yīng)中，F(xiàn)e²⁺和Fe³⁺原位生成對藻類具有高效絮凝作用。
•富鐵基質(zhì)（IRS）的生態(tài)浮床對富營養(yǎng)化淡水有較好的恢復(fù)作用。除了化學(xué)還原作用外，IRS還起著生物膜載體的作用，生物膜具有高效的硝化-反硝化作用，并可作為硝化-反硝化細菌的電子供體。
•大約3個月后，基于富鐵基質(zhì)生態(tài)浮床處理后，富營養(yǎng)化淡水呈現(xiàn)中度營養(yǎng)狀態(tài)，水體富營養(yǎng)化狀況得到改善。
因此，基于IRS的生態(tài)浮床因其高效、環(huán)保友好和成本效益的優(yōu)勢，在富營養(yǎng)化淡水修復(fù)領(lǐng)域已顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

圖2：富鐵基質(zhì)的生態(tài)浮床系統(tǒng)的機理分析

5、中文標題：絲瓜海綿作為漂浮載體負載rGO/BiOBr光催化劑高效滅活銅綠微囊藻的研究
引自：Self-supporting rGO/BiOBr composite on loofah-sponge as a floating monolithic photocatalyst for efficient microcystis aeruginosa inactivation Tu, Xinman, Ke, Shuhong, Luo, Shaohua, et al. Separation and purification technology, 2021,(275),119226
長期以來，光催化一直被認為是一種很有前途的水凈化方法，但由于光催化劑難以回收利用，光催化技術(shù)的實際應(yīng)用受到了嚴格的限制。本文首次使用絲瓜海綿的農(nóng)業(yè)廢棄物作為催化劑載體來支撐光催化劑，形成一個漂浮的整體式結(jié)構(gòu)，用于藻類爆發(fā)水體的治理。以BiOBr為基礎(chǔ)，在絲瓜海綿上負載rGO/BiOBr光催化劑，制備了一系列的rGO/BiOBr@LF復(fù)合漂浮光催化劑，該催化劑在銅綠微囊藻失活方面表現(xiàn)出顯著的光催化活性。其中，當(dāng)rGO/BiOBr@LF中的rGO負載量為1.5 wt%（rGO/BiOBr@LF-2）表現(xiàn)出最高的光催化藻類降解性能，其中90%以上的銅綠微囊藻可以被去除，藻類的TOC去除率在3小時內(nèi)達到74%。此外，制備的rGO/BiOBr@LF-2可以通過從溶液中取出材料簡單地回收，而不會有明顯的催化活性損失。這項工作為高效實用的藻類廢水處理設(shè)計可回收和浮動整體光催化劑提供了新的見解。

圖3 光催化過程中藻細胞重量密度的變化，（A）rGO/LF,（B）BiOBr@LF,（C）rGO/BiOBr@LF-1,（D）rGO/BiOBr@LF-3,（E）rGO/BiOBr@LF-2;

6、中文標題：藻-菌共生系統(tǒng)有效處理廢水的研究進展
引自：A.Saravanan，P.Senthil Kumar，Sunita Varjani,etc.A review on algal-bacterial symbiotic system for effective treatment of wastewater.Applied Chemosphere,Volume 271, May 2021.
工業(yè)化、城市化和其他人為活動將不同的有機和無機有毒化學(xué)物質(zhì)釋放到環(huán)境中，導(dǎo)致環(huán)境中的水污染。目前已采用不同的物理和化學(xué)技術(shù)來處理受污染的廢水，其中使用藻類的生物廢水處理已被廣泛研究，用來克服常規(guī)廢水處理技術(shù)受到的限制。廢水中細菌生物群的存在將與藻類形成結(jié)合并充當(dāng)天然的水凈化系統(tǒng)。與藻-細菌系統(tǒng)相比，單一藻類系統(tǒng)的去除效率非常低。異養(yǎng)微生物將藻類排出的天然有機物分離為溶解有機碳 (DOC) 并排放出二氧化碳，藻類得到二氧化碳可以進行光合作用。由于有毒污染物的致病性和生態(tài)系統(tǒng)特征的改變，從環(huán)境中去除有毒污染物是必不可少的。藻-細菌共生廢水處理會是一項綠色技術(shù)，已被有效地用于去除環(huán)境中的污染物。藻類與細菌之間的相互作用在產(chǎn)生活力方面取得了越來越大的進展。與其他微生物處理相比，藻類生物修復(fù)克服了對碳和不同補充劑的需求。藻類與細菌之間的相互作用是復(fù)雜的。藻類和細菌種類、溶解氧、有機物、pH值、溫度、鹽度和藻類生長的光供應(yīng)等不同因素影響著藻類-細菌聯(lián)合高效去除污染物和其他應(yīng)用的效率，如沼氣生產(chǎn)、生物修復(fù)等。文獻研究支持本綜述，得出結(jié)論認為，與單一藻類或細菌系統(tǒng)相比，藻-細菌共生系統(tǒng)在利用營養(yǎng)物質(zhì)和去除廢水中的污染物方面效率更高。此外，藻類可以清除包括病毒在內(nèi)的病原體。廢水處理過程中藻類和細菌絮體的形成促進了生物量的下游處理，無需使用絮凝劑。此外，藻-細菌共生提高了廢水處理廠生物肥料和動物飼料的回收率。

圖4
7、中文標題：CuWO₄/CuS異質(zhì)結(jié)光催化劑在可見光驅(qū)動降解染料污染中的應(yīng)用
引自：Yanyan Cui^a, , Chengcheng Lin^a , Mengke L^ia , Nali Zhu^b , Jiajia Meng^a , Jiating Zhao^c CuWO4/CuS heterojunction photocatalyst for the application of visible-light-driven photodegradation of dye pollutions. Journal of Alloys and Compounds
水污染是一個關(guān)系到人類健康的嚴重問題，其中有機染料是重要的污染源。光催化劑可以將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，對有機染料進行光降解。因此，它們被認為具有巨大的潛在用途。本文，通過水熱法開發(fā)了銅基異質(zhì)結(jié)光催化劑。在異質(zhì)結(jié)中，使用兩種銅基納米結(jié)構(gòu)，即納米點CuWO₄和納米棒CuS，水熱條件下形成復(fù)合材料，并且所有具有不同比例的產(chǎn)物都表現(xiàn)出良好的光降解羅丹明B（RhB）的性能，特別是在1:1（CuWS）的比例下，具有最好的光催化效果。材料窄禁帶、大比表面積和光激發(fā)電子與空穴的分離效率是提高光催化活性的關(guān)鍵因素。根據(jù)活性物種捕獲實驗和電子自旋共振光譜分析，光生空穴和•O^2-是RhB光催化降解過程中的主要活性物種。此外，樣品CuWS在可見光下可有效光催化降解多種有機染料，在環(huán)境治理方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

圖5
8、中文標題：異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯/二氧化鈦的機理與光降解
引自：Kuo?Chin Hsu,Te?Hua Fang,Chun?I Lee et al. Mechanistic Insights and Photodegradation of Heterostructure Graphene Oxide/Titanium Dioxide. Applied Springer Science+Business Media, LLC, part of Springer Nature 2020
在這項研究中，靜電紡絲方法用于制備具有不同 GO 含量的氧化石墨烯/二氧化鈦 (GO/TiO₂) 納米纖維作為用于降解亞甲藍 (MB) 的光催化劑。光催化研究表明，GO/TiO₂ 復(fù)合納米纖維在可見光和紫外光照射下表現(xiàn)出比純 TiO₂ 納米纖維更高的光催化活性，并且分散良好的 GO 含量甚至高達 7 wt%。此外，7% GO/TiO₂ 納米纖維在紫外光照射 90 分鐘后幾乎可以完全脫色 MB 溶液，在可見光照射 4 小時后可以降解約 62% 的 MB 溶液。最后，還討論了 GO/TiO₂ 的光催化機理。

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