雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2022-01)

2022-01-01 17:11:59 0 雙良環(huán)境

1.中文標(biāo)題：源頭河流中滲透性砂基質(zhì)中的微生物群落是由水化學(xué)而非粒度和異質(zhì)性形成的
引自： Wang W , Hu M , Shu X , et al. Microbiome of permeable sandy substrate in headwater river is shaped by water chemistry rather than grain size and heterogeneity[J]. Science of The Total Environment, 2021, 780:146552.
土壤和沉積物中的微生物群落庫(kù)具有許多生態(tài)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。有人認(rèn)為它的多樣性和群落結(jié)構(gòu)可以由粒度的不同和異質(zhì)性決定。然而，這些結(jié)論大多來(lái)自于在限制性土壤、不滲透的海洋和淡水沉積物（基質(zhì)）中進(jìn)行的研究。這些結(jié)論是否適用于滲透性基底，尤其是上游河流生態(tài)系統(tǒng)，還有待觀察。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們進(jìn)行了一項(xiàng)野外實(shí)驗(yàn)，旨在評(píng)估中等粒徑與不均勻分布和微生物多樣性之間的關(guān)系。在中國(guó)中部的一條源頭河流中接種了具有梯度粒度和異質(zhì)性的滲透性基質(zhì)，三個(gè)月后通過(guò)高通量測(cè)序?qū)φ麄€(gè)微生物群落和三個(gè)反硝化菌群落的多樣性和群落組成進(jìn)行了調(diào)查。利用16S rRNA（一種多樣性分類標(biāo)記）對(duì)整個(gè)微生物群落進(jìn)行測(cè)序。使用三種功能基因標(biāo)記三個(gè)反硝化菌群落：nirK、nirS和nosZ對(duì)這些基因進(jìn)行測(cè)序。結(jié)果表明，總微生物群落和三個(gè)反硝化菌群落的多樣性和群落結(jié)構(gòu)都是由水化學(xué)決定的，而不是由粒度和粒度分布異質(zhì)性決定的，盡管粒度和異質(zhì)性對(duì)基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)濃度有積極影響。與整個(gè)微生物群落相比，反硝化功能群具有更獨(dú)特的物種比例，這表明功能基因?qū)Νh(huán)境的改變比16S rRNA更敏感。我們的補(bǔ)充了源頭河流中滲透性沉積物中的微生物群落，并強(qiáng)調(diào)了在mm尺度上的粒度和異質(zhì)性在構(gòu)建微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)上并不那么重要。

圖1 實(shí)驗(yàn)圖

2.將P25粉末設(shè)計(jì)成定制的珠粒以實(shí)現(xiàn)高效的水質(zhì)凈化
引自：George V. Theodorakopoulos,Fotios K. Katsaros,Sergios K. Papageorgiou,etc.Engineering Commercial TiO₂ Powder into Tailored Beads for Efficient Water Purification.Applied Materials 2022, 15(1), 326.

圖2 同軸氣流珠發(fā)生器原理
在這項(xiàng)研究中，高效的商業(yè)光催化劑 (Degussa P25) 納米粒子在藻酸鹽（一種金屬結(jié)合的生物聚合物）中被有效地分散和固定。利用海藻酸鹽優(yōu)異的金屬螯合性能，經(jīng)過(guò)熱解或煅燒燒結(jié)程序開(kāi)發(fā)了銅納米顆粒裝飾的光催化劑，與粉末光催化劑相比，產(chǎn)生的陶瓷珠具有增強(qiáng)的光催化和機(jī)械性能、優(yōu)異的耐磨性和優(yōu)化的光催化能力。利用液氮孔隙率測(cè)定、掃描電鏡和X射線衍射研究了其形貌和結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)在黑暗和紫外線照射下探索了有機(jī)污染物（甲基橙）的減排。光催化珠的最終性能由合成過(guò)程和熱處理?xiàng)l件決定，可以被進(jìn)一步優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，熱解碳?xì)埩粑锸筎iO₂納米顆粒能夠粘附，起到粘合劑的作用，并增加了甲基橙吸附容量，導(dǎo)致光催化劑附近的局部濃度增加。分散良好的銅納米顆粒也能提高光催化活性。所制備的光催化劑表現(xiàn)出增加的甲基橙吸附容量（高達(dá)3.0 mg/g），并且在短接觸時(shí)間（3 h）下，從水溶液中去除約50%甲基橙，達(dá)到約80%的甲基橙截留率。最后，制備的光催化劑在至少四個(gè)連續(xù)的光催化循環(huán)中沒(méi)有顯著降低光催化效率。

3.中文標(biāo)題：石墨狀氮化碳摻雜CuO納米粒子恢復(fù)其光催化抑藻活性
引自：Cao Xuesong; Yue Le; Lian Fei, et al. CuO nanoparticles doping recovered the photocatalytic antialgal activity of graphitic carbon nitride. Journal of Hazardous Materials. 2021 403, 123621.
本工作合成了石墨狀碳氮化物（g-C₃N₄）和摻雜g-C₃N₄（Cu-g-C₃N₄）的CuO納米顆粒，并研究了腐殖酸（HA）對(duì)g-C₃N₄和Cu-g-C₃N₄光催化抗藻活性的影響機(jī)制。g-C₃N₄和Cu-g-C₃N₄對(duì)兩種藻類（銅綠微囊藻、普通小球藻）72小時(shí)的平均有效濃度分別為（56.4, 89.6 mg/L）和（12.5, 20.6 mg/L）。Cu-g-C₃N₄比g-C₃N₄具有更高的光催化抑藻活性，因?yàn)椋?) Cu-g-C₃N₄比g-C₃N₄具有更低的表面電位和更高的疏水性，更容易與藻細(xì)胞團(tuán)聚；2)與g-C₃N₄相比，Cu-g-C₃N₄具有更高的全波長(zhǎng)光利用效率和更高的電子-空穴對(duì)分離效率，因此產(chǎn)生更多的O₂^-、·OH和h⁺。10 mg/L HA抑制了g-C₃N₄的光催化抑藻活性，而HA對(duì)Cu-g-C₃N₄沒(méi)有影響。其機(jī)理為：1)摻雜CuO納米顆粒占據(jù)了HA在g-C₃N₄上的吸附位點(diǎn)，緩解了HA對(duì)g-C₃N₄-藻聚集體的抑制作用；2) HA吸附在CuO納米顆粒上提高了Cu-g-C₃N₄的氧還原速率。本工作為天然有機(jī)物對(duì)g-C₃N₄光催化抑藻活性的抑制機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，并解決了g-C₃N₄在環(huán)境應(yīng)用中的優(yōu)化問(wèn)題。

圖3 不同濃度的g-C₃N₄（A）和Cu-g-C₃N₄（B）對(duì)銅綠微囊藻的抑藻活性隨時(shí)間的變化

4.中文標(biāo)題：沉積物養(yǎng)分、生態(tài)狀況及湖泊恢復(fù)狀況
引自：Jukka Horppila, Sediment nutrients, ecological status and restoration of lakes： Water Research 160 (2019) 206e208.
磷是導(dǎo)致淡水富營(yíng)養(yǎng)化的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的大部分磷通常儲(chǔ)存在底部沉積物中，因此，磷從沉積物中循環(huán)到水體中會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。然而，在《歐洲水框架指令》確定的生態(tài)狀況評(píng)估中，并未將沉積物養(yǎng)分考慮在內(nèi)。這會(huì)鼓勵(lì)湖泊管理者以犧牲沉積物為代價(jià)來(lái)改善水質(zhì)。例如，為了快速改善水質(zhì)，磷的化學(xué)滅活已應(yīng)用于許多湖泊的沉積物中。雖然這可能產(chǎn)生立竿見(jiàn)影的效果，但沉積物磷的失活實(shí)際上可能會(huì)延緩湖泊生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期恢復(fù)，抑制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的再利用。在某些特定情況下，這些損害沉積物質(zhì)量的快速恢復(fù)工作是合理的。然而，我們應(yīng)該制定一個(gè)總體戰(zhàn)略，促進(jìn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的永久恢復(fù)包括它們的沉積物。由于驗(yàn)證這一事實(shí)需要在很長(zhǎng)一段時(shí)間后才能反映出切實(shí)的結(jié)果，因此目前我們可能很難找到對(duì)此類恢復(fù)活動(dòng)的支持。

5.中文標(biāo)題：光催化和生物技術(shù)消除水中微塑料的研究現(xiàn)狀引自：[1]Ebrahimbabaie P, Yousefi K, Pichtel J. Photocatalytic and biological technologies for elimination of microplastics in water: Current status[J]. Science of The Total Environment, 2022, 806: 150603.塑料微粒污染水體已成為重要的環(huán)境和公共衛(wèi)生問(wèn)題。飲用水和廢水處理設(shè)施中的一些傳統(tǒng)技術(shù)能夠從地表水中捕獲大量的塑料微粒；然而可用于實(shí)際破壞微塑料的方法是有限的，成功率也不穩(wěn)定，其破壞MP的實(shí)際機(jī)制也只了解到部分。光催化和微生物降解技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上顯示了將微塑料轉(zhuǎn)化為水溶性碳?xì)浠衔铩⒍趸?，以及在有限情況下轉(zhuǎn)化為有用燃料的應(yīng)用前景。光催化技術(shù)和微生物技術(shù)都擁有保持水安全和生態(tài)穩(wěn)定的潛力，值得科學(xué)家進(jìn)一步關(guān)注。然而，在確定更加有效的光催化半導(dǎo)體和優(yōu)化微塑料生物降解的最佳有效微生物聯(lián)合體和環(huán)境條件方面，還需要進(jìn)一步的研究。除了聚乙烯以外，還需要研究更多的聚合物類型用于降解，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究必須擴(kuò)大到現(xiàn)場(chǎng)規(guī)模。本文綜述了光催化和微生物技術(shù)去除多金屬蛋白酶的過(guò)程和機(jī)理，為改進(jìn)從地表水中去除Microplastics（mps）的研究提供了有用的數(shù)據(jù)。

圖 4

6.中文標(biāo)題：制備H2O2增強(qiáng)ZnO負(fù)載Ag量子點(diǎn)對(duì)海洋微生物的光催化失活
引自：[1] Zhang C , Zhou F , Zhan S , et al. The enhanced photocatalytic inactivation of marine microorganisms over ZnO supported Ag quantum dots by the synthesis of H2O2[J]. Environmental Research, 2021.
羥基自由基的產(chǎn)生已被證明可以通過(guò)光催化策略改善海洋的防污性能。然而，僅依靠光催化劑的價(jià)帶產(chǎn)生羥基自由基效率低下，限制了光催化技術(shù)在海洋防污涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。在此，我們報(bào)道了一種新的策略，其中Ag量子點(diǎn)用于通過(guò)光催化在海水中合成過(guò)氧化氫 (H2O2)。生成的H2O2分解成羥基自由基提高了防污能力。有趣的是，Ag量子點(diǎn)突出的尺寸效應(yīng)與H2O2的產(chǎn)率密切相關(guān)。我們合成了負(fù)載在ZnO上的Ag量子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)粒徑約為4 nm的Ag量子點(diǎn)具有最高的H2O2生成活性，并且經(jīng)過(guò)1 h的光催化反應(yīng)，H2O2的濃度可以達(dá)到124μg/mL。ZnO在海水中滅活海洋微生物的效率從72.3%提高到99.4%。以海水為介質(zhì)通過(guò)光催化合成H2O2可以拓展光催化技術(shù)在海洋防污領(lǐng)域的應(yīng)用。

7．中文標(biāo)題：水熱法在石墨烯上可控生長(zhǎng)TiO₂納米顆粒用于可見(jiàn)光催化
引自：Thanh-Lieu T. Le ^{a, b, **}, Thanh-Hiep T. Le^b , Kim Nguyen Van ^b , Hao Van Bui ^{c, d, *} , Truong Giang Le ^e , Vien Vo ^b
Controlled growth of TiO₂ nanoparticles on graphene by hydrothermal method for visible-light photocatalysis. Journal of Science: Advanced Materials and Devices.
本研究介紹了使用TiCl₄作為前驅(qū)體，采用水熱法可控合成TiO₂/石墨烯光催化劑。研究了前驅(qū)體濃度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)TiO₂納米顆粒在石墨烯上生長(zhǎng)的影響，表明催化劑能夠獲得所需的TiO₂負(fù)載量和分散度。通過(guò)XPS、拉曼和UV-VIS漫反射光譜，研究了光催化劑的化學(xué)成分、TiO₂與石墨烯之間的相互作用以及光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，與石墨烯的耦合顯著縮小了TiO₂的帶隙，從而激發(fā)了 TiO₂/石墨烯在可見(jiàn)光照射下的光催化活性。光催化實(shí)驗(yàn)對(duì)TiO₂負(fù)載量在5-84%范圍內(nèi)的TiO₂/石墨烯的光催化劑進(jìn)行RhB的降解性能測(cè)試。石墨烯表面含有負(fù)載量在16.5%到26%之間分散良好的TiO₂納米顆粒的催化劑的性能最高。通過(guò)使用載體和自由基捕獲劑進(jìn)一步闡明了RhB的降解機(jī)制，揭示了空穴和OH*自由基的主要作用。

圖 5

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