雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2021-12)

2021-12-01 16:50:28 0 雙良環(huán)境

1.中文標題：通過光催化選擇性回收貴金屬
引自：Yao Chen, Mengjiao Xu, Jieya Wen.et al.Selective recovery of precious metals through photocatalysis. NATURE SUSTAINABILITY.
黃金和鉑等貴金屬是各種重要應用的寶貴材料，但它們的稀缺性會有供應中斷的風險，而從廢物中回收貴金屬成為了一個有前景的解決方案，但是傳統(tǒng)的冶金方法承擔著高昂的環(huán)境成本和能源消耗。在這里，我們報告了一種新型光催化過程，可以選擇性地從廢電路板、三元汽車催化劑和礦石中回收七種貴金屬—銀 (Ag)、金 (Au)、鈀 (Pd)、鉑 (Pt)、銠 (Rh)、釕 (Ru) 和銥 (Ir) )。整個過程不涉及強酸、強堿或有毒氰化物，只需要光和光催化劑，如二氧化鈦（TiO₂）。通過簡單的還原反應，可以溶解廢物源中99%以上的目標元素，回收貴金屬，而且純度較高（≥98%）。通過成功制備了公斤級的催化劑并且使用次數(shù)在100次以上，表明這種方法是可以工業(yè)化的。這項研究為地球資源的循環(huán)利用和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展開辟了一條新途徑。

2、中文標題：可見光照射下有害微藻米氏凱倫藻的光催化滅活和破壞：對生理反應和毒性評估的啟示
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.
米氏凱倫藻引起的有害藻華(HABs)在全球近岸海域頻繁發(fā)生，對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重破壞和經(jīng)濟損失。光催化具有利用可持續(xù)陽光原位抑制藻類生長的潛力。然而，微藻在海洋環(huán)境中的失活和解毒機制尚未系統(tǒng)研究。本工作首次嘗試以g-C₃N₄/TiO₂固定化膜作為模型光催化劑，可見光驅動光催化滅活K. mikimotoi。通過實時活體葉綠素熒光檢測法，在60 min內滅活率可達64%。固定化光催化劑薄膜還表現(xiàn)出優(yōu)異的光穩(wěn)定性和可回收性。機理研究表明，光生h⁺和¹O₂是主要的反應物種。熒光顯微鏡結合SEM觀察監(jiān)測藻細胞破裂過程，證實細胞膜受損后包括整個細胞核在內的細胞內成分滲漏。觀察了抗氧化酶活性(即CAT和SOD)、細胞內ROS水平和脂質過氧化的生理反應。此外，細胞內釋放曲線和急性毒性評價表明，毒性K.mikimotoi成功脫毒，釋放的有機物無細胞毒性。這項工作不僅為利用太陽光在海洋環(huán)境中原位處理K. mikimotoi提供了一種潛在的新策略，而且為了解光催化處理海洋微藻的滅活和破壞機制以及對海洋環(huán)境的毒性影響開辟了途徑。

圖1 g-C₃N₄/TiO₂薄膜光催化劑在VL(λ≥ 420 nm )照射下對K.mikimotoi的光催化滅活機理的示意圖

3、中文標題：緊密耦合基于無紡布的光催化與生物降解系統(tǒng)高效去除水中銅（II）絡合物
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.
由于水體中重金屬絡合物其穩(wěn)定性高、機動性強，因此有的效修復已成為一個難點且具有挑戰(zhàn)性。在本研究中，我們提出了一種新的策略，采用緊密耦合以無紡布為載體的光催化生物降解（ICPB）技術對檸檬酸銅進行高效去除。實驗結果表明，ICPB系統(tǒng)對銅的去除率高達94%，高于單一光催化技術。經(jīng)過5次循環(huán)后，銅的去除率在5小時內仍能達到78%。0-40 mg/L檸檬酸鹽的存在影響可忽略不計，而60-100 mg/L檸檬酸鹽對銅的去除存在上限（~70%）。檸檬酸銅的分解是通過自由基和微生物的作用實現(xiàn)的。兩個主要過程，微生物對Cu²⁺的生物吸附和Cu0附著在材料表面，對水溶液中銅的去除起著重要作用。這個系統(tǒng)中的優(yōu)勢微生物為變形菌、放線菌、擬桿菌、氯曲菌屬、綠藻門、扁平菌屬和疣狀菌屬。此外，通過對其它重金屬化合物的處理，也驗證了ICPB體系的有效性。該研究為廢水中重金屬化合物的去除提供了可行的策略。

圖2 ICPB體系中Cu化合物降解和Cu回收的可能機制
4、0-D三元金屬氧化物(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)納米混合物與1-D羥基磷灰石(HAp)納米棒協(xié)同作用，用于人工合成廢水中RhB的去除和水分解析氫引自：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.這項工作是為了設計一種從工業(yè)廢水中去除陽離子染料的可行替代方法。在這方面，合成了(TiO₂-SnO₂-Al₂O₃)配合羥基磷灰石(HAp)納米棒的納米混合液作為催化劑，用于從水介質中降解羅丹明B (RhB)染料。通過XRD、FESEM、TEM、XPS、FTIR、BET-BHJ、UVeVis和Raman光譜等手段對水熱法制備的羥基磷灰石納米混合液(HNM)的物理化學性質進行了表征。結果表明，所合成的材料是平均晶粒尺寸為12.53 nm的納米棒，BET比表面積為60.81 m² /g，在不同ph條件下( 酸性、堿性和中性 )對羅丹明B具有很好的去除效果。在酸性介質中使用(5 ppm)RhB在紫外線照射30 min內達到97%的最大去除率，而在較高濃度（20 ppm）下，在相同反應條件下僅需90 min即可實現(xiàn)98%的RhB降解。在60分鐘內生成129.45 mmol/ g 氫氣（H₂）的情況下，探索了所制備的納米混合物通過水裂解生成氫氣的進一步催化潛力。我們的研究結果表明，所制備的納米混合物可以用作去除工業(yè)過程中使用的廢染料的有效催化劑，也可以用作催化劑氫氣生產。

圖3 羥基磷灰石納米混合液( HNM )合成示意圖

5、中文標題：膜曝氣生物反應器結合超聲進行生物膜剝離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.控制曝氣膜生物膜反應器(MBfR)的生物膜厚度是MBfR保持長期穩(wěn)定運行的關鍵。在這種情況下，聲空化則是一種有效的控制生物膜厚度的方法。然而，為了使生物膜厚度保持在一個最佳值，就必須了解聲學參數(shù)和空化泡分布對生物膜剝離的影響，并建立生物膜剝離和再生之間的聯(lián)系。本文采用非線性反應擴散模型，建立了曝氣膜生物膜反應器中生物膜發(fā)展及其對聲空化產生的機械應力響應的數(shù)學模型。模擬結果表明，壓力、換能器振幅和頻率是影響生物膜剝離的兩個關鍵因素。此外，生物膜表面空化的均勻分布是獲得均勻生物膜厚度的關鍵。此外，在兩者之間有一個適當?shù)耐Ａ魰r間的周期性空化剝離對于維持生物膜厚度在預期值很重要。因此，本研究旨在提出一種綜合模擬方法來優(yōu)化聲空化參數(shù)和方法，以實現(xiàn)對甲基溴化銨生物膜厚度的有效控制。

6、中文標題：推動光催化和生物降解系統(tǒng)緊密耦合的實際應用:系統(tǒng)改進、環(huán)境影響和分析策略
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.
由于系統(tǒng)運行過程中生物成分和光催化劑之間的緊密聯(lián)系，光催化和生物降解（ICPB）的緊密耦合具有更強的頑固污染物去除和能量產生的能力。 ICPB系統(tǒng)中的光催化劑可以處理有毒污染物，減輕微生物的外部壓力，實現(xiàn)光催化降解產物的礦化。然而，由于復合系統(tǒng)中的組件復雜，ICPB系統(tǒng)的作用機制尚未完全了解。此外，可變的環(huán)境條件將在ICPB系統(tǒng)性能中發(fā)揮重要作用。 ICPB方案的進一步發(fā)展需要明確如何在實際應用中準確了解系統(tǒng)狀況。本次審查首先提供有關系統(tǒng)構建和系統(tǒng)組件改進的最新進展的詳細信息。然后我們描述了相關環(huán)境因素對系統(tǒng)性能的潛在影響，并進一步總結了適用于理解系統(tǒng)運行過程中關鍵過程的分析策略。最后，我們提出了當前系統(tǒng)的研究空白，并展望了該系統(tǒng)的前瞻性應用。該綜述為今后致力于在ICPB系統(tǒng)的實際應用中評估環(huán)境擾動和探索反應機制的研究提供了有價值的參考。

7、中文標題：固定化二氧化鈦在固定基質上的直接染料廢水光催化降解研究
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.
光催化技術是一種很有前途的廢水脫色技術。在光催化過程中，二氧化鈦(TiO₂)因其成本低、用途廣而被廣泛用作催化劑。然而，使用二氧化鈦粉末會導致很難從處理過的廢水中分離。因此，本課題研究了二氧化鈦在玻璃和鐵珠等兩種不同基質上的固定化。采用噴霧液相法制備復合材料分散到基材上，然后材料在不同的溫度(600-750?C)煅燒。在700?C煅燒溫度下，SEM和EDS分析表明，TiO₂顆粒均勻分布在基體上。重要的是，沉積的TiO₂顆粒為銳鈦礦和金紅石混合相結構，這兩種結構都被認為有利于光催化過程。最終，在700?C煅燒的復合材料在4 h的直接染料光降解效率達到了64.0%。重復使用的催化劑在第二循環(huán)中降解效率沒有明顯變化，表明其具有可重復使用的能力。第二次使用后，固定化TiO₂在固定基質上的穩(wěn)定性仍然很高。

圖4

8、中文標題：一種底棲生物擾動耦合生物膜形成增強脫氮去除技術用于緩解淡水富營養(yǎng)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.
過量的氮進入水體會導致富營養(yǎng)化，從而降低生物多樣性，降低淡水功能。沉積物中的氮污染是導致富營養(yǎng)化難以控制的重要原因之一。疏浚和復蓋底泥污染等物化技術容易破壞和均勻化水生生境。為了從生態(tài)角度緩解淡水富營養(yǎng)化的問題，本研究結合生物擾動和生物膜的功能，測試它們對沉積物和水中氮的去除效果。結果表明，采用耦合功能（生物擾動+生物膜，SCB）的總氮去除率大于單一功能（生物擾動或生物膜）。SCB處理的總氮去除率是對照組無搖蚊和生物膜培養(yǎng)基的3.19倍。搖蚊生物擾動促進了氮從沉積物向上覆水體的釋放。生物膜強化了搖蚊對氮的轉化和去除，使SCB處理的上覆水中總氮濃度最低。脫氮的增強可能是由于耦合作用增加了沉積物和生物膜中反硝化和厭氧氨氧化功能菌的豐度。所以，將底棲動物與生物膜介質相結合的方法不僅是減少淡水生態(tài)系統(tǒng)中沉積氮負荷的可行解決方案，而且也是減輕上覆水體富營養(yǎng)化的解決方案。水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復和管理應考慮保護底棲生物的棲息地，同時保持生物膜的異質性。因此，可以將底棲生物和生物膜介質添加到富營養(yǎng)化的水生生態(tài)系統(tǒng)中，加強對氮的去除。底棲生物擾動加生物膜形成強化脫氮是降低淡水富營養(yǎng)化風險的一種可能的原位策略。