雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-06)

2022-06-01 15:28:31 0 雙良環(huán)境

1、中文標(biāo)題：一種新型可拉伸碳納米管/Ni@TiO₂：W光催化復(fù)合材料完全去除飲用水中的藥物雙氯芬酸
引自：Ernesto Valadez-Renteria, Rafael Perez-Gonzalez, et al. A novel and stretchable carbon-nanotube/Ni@TiO2:W photocatalytic composite for the complete removal of diclofenac drug from the drinking water[J]. Journal of Environmental Sciences, 2023, 126: 575-589.

圖1 （a）TiWNi粉末和（b）碳納米管（CNT）以及CNT+TiWNi復(fù)合材料的X射線衍（XRD）圖譜
我們介紹了由碳納米管（CNT）、硅橡膠和Ni@TiO₂制成的可拉伸復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和光催化性能：平均尺寸為37±2 nm的W納米顆粒（TiWNi NPs）。顯微鏡圖像顯示TiWNi NPs優(yōu)先修飾碳納米管纖維的表面。TiWNi NPs呈現(xiàn)銳鈦礦/氧化鈦相混合的立方結(jié)構(gòu)。通過在紫外可見光下降解雙氯芬酸（DCF），來評價TiWNi粉末和可拉伸復(fù)合材料的光催化性能。結(jié)果表明，CNT復(fù)合材料（拉伸0%）、TiWNi粉末、CNT+TiWNi（拉伸0%）、CNT+TiWNi（拉伸、50%）和CNT+TiWNi（拉伸、100%），DCF的最大降解率分別為34.6%、91.9%、97.1%、98.5%和100%。因此，拉伸CNT+TiWNi復(fù)合材料能很好的增強DCF降解率從97.1%到100%，因為拉伸會產(chǎn)生額外的電子空穴（氧空位），延遲電子空穴的復(fù)合，有利于DCF降解。拉曼/吸光度測量證實此類空穴的存在。此外，活性氧（ROS）通過清除劑實驗測定，發(fā)現(xiàn)主要活性氧是·OH和O₂^-，攻擊DCF分子，導(dǎo)致其降解。本次結(jié)果表明，可拉伸CNT/TiWNi基復(fù)合材料是一種可行的去除水中藥物污染，并可去除光催化粉末無法凈化的污水的替代材料。

2、中文標(biāo)題：在卟啉和 Ag 組成的光催化穩(wěn)定金屬有機框架上增強單線態(tài)氧的產(chǎn)生
引自：Jiajia Wang,Xiaohan Zhang,Yuanyuan Liu,et al.Enhanced singlet oxygen production over a photocatalytic stable metal organic framework composed of porphyrin and Ag [J].Journal of Colloid and Interface Science, S0021-9797 (21) 00760-8.

圖2 圖文摘要

卟啉是形成單線態(tài)氧 (¹O₂) 的重要光敏劑。然而，卟啉衍生物仍然表現(xiàn)出低效率和難以回收的特性。在這項研究中，合成了一種基于 Ag 的 MOFs（AgTPyP；TPyP，5,10,15,20-四（4-吡啶基）卟啉）。與配體TPyP相比，AgTPyP在硫化物光催化選擇性氧化成亞硫酰氯過程中表現(xiàn)出近100%的轉(zhuǎn)化率和選擇性，并且在可見光下具有明顯的光動力效果。綜合表征表明，¹O₂是唯一的活性氧種類，這是由于Ag ⁺離子的存在所誘導(dǎo)的最低激發(fā)態(tài)單線態(tài)( S₁ )和最低三線態(tài)( T₁)之間激子結(jié)合能較大，能隙較窄。五循環(huán)實驗的選擇性和轉(zhuǎn)化效率沒有下降，表明AgTPyP具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。這項工作提供了一種替代方法，可以同時增強卟啉的激子效應(yīng)和穩(wěn)定銀基光催化劑。

3、中文標(biāo)題：采用UVA和rGO / TiO₂ /聚硅氧烷太陽能驅(qū)動光催化技術(shù)對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)( RAS )中的病原菌進行滅活引自：Irina Levchuk , Tomáš Homola，Gaurav Singhal, et al. UVA and solar driven photocatalysis with rGO/TiO₂/polysiloxane for inactivation of pathogens in recirculation aquaculture systems (RAS) streams. Applied Chemical Engineering Journal Advances Volume 10, 15 May 2022, 100243.

圖3 圖文摘要

本研究采用噴墨打印法，在柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制備了不同濃度氧化石墨烯（GO）修飾的TiO₂/聚硅氧烷（SiBi）薄膜。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、紫外光電子能譜（UPS）、拉曼光譜和水接觸角測量對制備的涂層進行了表征。在光催化試驗中，觀察到用GO改性的所制備的涂層的顏色發(fā)生了強烈的變化。光催化試驗后薄膜的XPS分析表明GO發(fā)生了還原。研究了制備的涂層在UVA和自然陽光照射下對水產(chǎn)養(yǎng)殖水中自然產(chǎn)生的微生物的滅活作用。在UVA照射下，研究了所制備涂層中rGO濃度對靶菌嗜水氣單胞菌和吉列檸檬酸桿菌滅活的影響。與吉列檸檬酸桿菌相比，嗜水氣單胞菌對光催化滅活更敏感。rGO濃度為1%和5%的薄膜對目標(biāo)微生物有較高的光催化滅活作用。進一步測試了rGO/TiO₂/SiBi 5%在自然陽光下對鹽藻氣單胞菌、豐地沙雷氏菌菌株和乳酸乳球菌菌株的滅活作用。太陽光催化略微增強了鹽藻氣單胞菌和豐地沙雷氏菌菌株的滅活，而乳球菌菌株則相反。

4、中文標(biāo)題：預(yù)防2019冠狀病毒的光催化口罩具有自我消毒、可重復(fù)使用和可生物降解的特點
引自：Photocatalytic Rejuvenation Enabled SelfSanitizing, Reusable, and Biodegradable Masks against COVID-19, Li Qiang, Yin Yongchao, Cao Daxian , et al. American Chemical Society Nano 2021, 15, 11992−12005

圖4 可重復(fù)使用口罩的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計概念
在災(zāi)難性的SARS-CoV-2（2019冠狀病毒疾?。┐罅餍衅陂g，美國疾病控制和預(yù)防中心強烈建議使用個人防護裝備（PPE）進行自我保護。然而，個人防護用品的大規(guī)模使用在回收和消毒使用過的口罩方面遇到了重大挑戰(zhàn)。為了解決舊口罩的相關(guān)塑料污染問題，在這項工作中，我們設(shè)計了一種可重復(fù)使用、可生物降解和抗菌的口罩。通過聚乙烯醇（PVA）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）和纖維素納米纖維（CNF）的靜電紡絲，然后酯化和沉積氮摻雜的TiO₂（N-TiO₂）和TiO₂混合物，制備了該口罩。在0.1倍太陽光模擬照射下（200−2500 nm，106 W·m⁻²）或自然光照10 min下，N-TiO₂/TiO₂光催化口罩細(xì)菌抑制率達100%。因此，使用過的口罩可以通過光照重新煥發(fā)活力并重新使用，這是處理使用過的口罩最方便的技術(shù)之一。此外，PVA、PEO和CNF之間的分子間相互作用增強了口罩的靜電紡絲能力和機械性能，其彈性是商用一次性口罩的10倍，拉伸強度是商用口罩的2倍。靜電紡納米纖維的多孔結(jié)構(gòu)以及強大的靜電吸引力使其具有透氣性（83.4 L min⁻¹）和優(yōu)越的顆粒過濾性（98.7%）。即使在佩戴120 min后，光催化口罩也具有優(yōu)異的循環(huán)性能、耐磨性和穩(wěn)定的過濾效率。因此，這種口罩可以作為當(dāng)前口罩的一種很好的替代品，以解決在2019冠狀病毒疾病持續(xù)傳播的情況下對可持續(xù)、可重復(fù)使用、環(huán)保和高效個人防護用品的迫切需要。

5、中文標(biāo)題：通過整合光合電子提取和抗生素誘導(dǎo)促進微藻源光敏劑的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)抗生素的光催化降解：從常規(guī)生物處理到一種新型的抗生素廢水輔助處理工藝
引自：Enhanced production of microalgae-originated photosensitizer by integrating photosynthetic electrons extraction and antibiotic induction towards photocatalytic degradation of antibiotic: A novel complementary treatment process for antibiotic removal from effluent of conventional biological wastewater treatment. Xiaoyan Bai, Wanyi Liang, Jian Sun, et al. Journal of Environmental Management 308（2022）114527.

圖5 電刺激和抗生素誘導(dǎo)聯(lián)合產(chǎn)生微藻源光敏劑增強TC光解的圖式機制
生物處理廢水中的抗生素殘留物是抗生素抗性基因在環(huán)境中傳播的主要原因。由于高能耗、大量化學(xué)品消耗和環(huán)境不友好的加工步驟，傳統(tǒng)的物理化學(xué)處理方法被認(rèn)為是不可持續(xù)的。本研究采用從微藻中提取光合電子與抗生素誘導(dǎo)相結(jié)合的新方法，增強微藻源光敏劑的產(chǎn)生，用于光解去除傳統(tǒng)生物處理廢水中的抗生素殘留物。結(jié)果表明，光活性物質(zhì)在細(xì)胞外聚合物小球藻的 (EPS)與電極提取的光合電子量呈正相關(guān)，這是一個電位依賴性過程，并且可通過四環(huán)素( TC )誘導(dǎo)進一步增強。蛋白質(zhì)和腐殖酸被認(rèn)為是 EPS 中的兩種主要光活性物質(zhì)，在 0.6 V 時累積達到 320 和 24 μg/cm³的高水平，加入 TC 后進一步增加到 380 和 48 μg/cm³ ，分別是無TC時產(chǎn)生的4.7和6.4倍。與市政二級污水中不含 EPS 的 EPS 相比，0.6和0.8 V時產(chǎn)生的EPS導(dǎo)致TC的光敏降解加速1.34倍和1.53倍。TC的復(fù)雜雜環(huán)結(jié)構(gòu)被分解為簡單的單環(huán)芳香族化合物，表明其生物毒性和頑固性顯著降低。羥基自由基對TC的光解起主要作用，其次是單線態(tài)氧。該技術(shù)為生物廢水處理中抗生素的去除提供了一種新的替代方法。

6、中文標(biāo)題：二氧化鈦(TiO₂)基光催化劑用于油田采出水處理的研究進展
引自：A Review of Titanium Dioxide (TiO2)-Based Photocatalyst for Oilfield-Produced Water Treatment. Hadi Nugraha Cipta Dharma, Juhana Jaafar, Nurul Widiastuti, et al. Journals Membranes Volume 12 Issue 3
油田采出水(OPW)由于其高濃度的溶解性有機污染物導(dǎo)致高毒性生物蓄積、耐生物降解、致癌性，并抑制水生生物的繁殖、內(nèi)分泌和非內(nèi)分泌系統(tǒng)，已成為一個主要的環(huán)境問題。光催化劑光降解技術(shù)被認(rèn)為是一種有前景的可持續(xù)降解OPW污染物的技術(shù)，其優(yōu)點包括不需要額外的化學(xué)物質(zhì)，以及通過光降解污染物產(chǎn)生無害的化合物。目前，二氧化鈦(TiO₂)作為一種極具發(fā)展前景的光催化劑，由于其優(yōu)良的光學(xué)和電子性能、高化學(xué)穩(wěn)定性、低成本、無毒、環(huán)保等優(yōu)點而受到廣泛關(guān)注。但由于TiO₂具有較寬的禁帶寬度和較低的量子場，其光活性仍然受到抑制。因此，改性TiO₂的方法可以提高其光催化性能，可能會促進載流子轉(zhuǎn)移，防止電子和空穴的復(fù)合，增強可見光響應(yīng)。本文綜述了幾種改性TiO₂的方法。綜述了改性TiO₂在OPW處理中的光催化性能。并對改性TiO₂的穩(wěn)定性進行了研究。闡述了TiO₂基光催化劑改性的發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)。

7、中文標(biāo)題：光催化-微生物耦合燃料電池協(xié)同降解鄰氯苯酚及其發(fā)電性能研究引自：Wang C, Wu G, Zhu X, et al. Synergistic degradati-on for o-chlorophenol and enhancement of power generation by a coupled photocatalytic-microbial fuel cell system[J]. Chemosp-here, 2022, 293:133517.

圖6 圖文摘要
本文建立了一個分級光催化微生物燃料電池系統(tǒng)(PMFC) ，該系統(tǒng)結(jié)合了二氧化鈦光陽極和生物陽極，用以提高基于單室MFC的發(fā)電能力。與傳統(tǒng)厭氧模式相比，PMFC的光陽極可以利用溶液中的氧來提高對鄰氯苯酚(2-CP)的去除效果。最大功率密度由261(MFC)增加到301mw/m²(PMFC)。2-CP(5mg/l)在PMFC中的去除率為76.2% ，高于MFC (19.33%)和光催化(49.23%)。隨著溶解氧濃度的增加，電子-空穴分離效率降低，由于系統(tǒng)的電流密度降低，導(dǎo)致光催化效率低下。隨著光照強度的增加，模式產(chǎn)電菌地桿菌、PHOS-HE36 fam和假單胞菌屬的豐度增加，有助于提高發(fā)電量和2-CP的降解。1,2-二氯苯在PMFC中的唯一檢測中間體表明，微生物可以調(diào)節(jié)偶聯(lián)體系中2-CP的降解途徑。這些發(fā)現(xiàn)為光催化和微生物發(fā)電相結(jié)合的有效降解難降解有機物和同時回收能量提供了一種可行的方法。

8、中文標(biāo)題：通過用 Y/F/Ag 離子進行三摻雜增強 TiO₂ /SnO₂薄膜的可見光光活性
引自：L Zhao, G Li, F Li, et al. Enhanced visible light photoactivity of TiO₂ /SnO₂ films by tridoping with Y/F/Ag ions[J]. Journal of Rare Earths, 2021(39).

采用改進的溶膠-凝膠法制備了具有優(yōu)異光催化性能的Y、F和Ag三摻雜TiO₂ /SnO₂復(fù)合納米晶薄膜（YFAg-TS），并利用X射線衍射（XRD）、差熱和熱重分析（DTA-TG）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）方法、紫外-可見漫反射光譜（UV-vis-DRS）和光致發(fā)光（PL）進行了表征。根據(jù)XRD和DTA-TG結(jié)果表明，YFAg-TS催化劑是由銳鈦礦、金紅石和氯銀礦組成的混合相，這有利于提高TiO₂ 的光催化性能。SEM、TEM和BET結(jié)果表明，與純TiO₂薄膜相比，YFAg- TS薄膜具有更小的納米粒子、更高的比表面積和更窄的孔徑。XRD和TEM結(jié)果表明，一部分釔可以進入TiO₂晶格，導(dǎo)致晶格畸變。XPS結(jié)果證實了YFAg-TS樣品中存在Y³⁺態(tài)，Y³⁺離子可以作為電子的俘獲位點，加速電子和空穴的分離。紫外-可見吸收光譜結(jié)果表明，與純TiO₂薄膜相比，YFAg-TS薄膜具有明顯的吸收邊位移和較窄的禁帶（2.70eV）。PL結(jié)果表明，在所有樣品中，YFAg -TS薄膜具有最高的光生電子和空穴分離效率和電荷轉(zhuǎn)移效率。通過監(jiān)測甲基綠和甲醛溶液的降解情況，評估了YFAg-TS的光催化活性。結(jié)果表明，YFAg-TS薄膜具有較高的穩(wěn)定性和優(yōu)異的光催化性能。本文討論了YFAg-TS薄膜可能的協(xié)同光催化機理。

9、中文標(biāo)題：界面相互作用對NiO/TiO₂光催化劑原位重構(gòu)的影響
引自：Yuanxu Liu a,b,* , Fei Fang b , Xiao Sun b , Weixin Huang b,*
Interfacial interaction-dependent in situ restructure of NiO/ TiO₂ photocatalysts. Applied Surface Science

圖7 圖文摘要

復(fù)合光催化劑在光催化反應(yīng)過程中經(jīng)常發(fā)生原位重組。在此，我們報道了通過離子交換法制備的 NiO/TiO₂ 光催化劑的 NiO-TiO₂ 界面相互作用強烈影響原位重組過程。隨著Ni負(fù)載量的增加，依次得到TiO2負(fù)載的NiO納米粒子、TiO₂（核）-NiO（超薄殼）和TiO₂（核）-NiO（超薄殼）負(fù)載的NiO納米粒子。在光催化反應(yīng)中，TiO₂負(fù)載的NiO納米顆粒和TiO₂（核）-NiO（超薄殼）由于NiO-TiO₂界面的強相互作用而穩(wěn)定，而TiO₂（核）-NiO（超薄殼）負(fù)載的NiO納米顆粒被還原為 Ni納米粒子，從而增強了光催化活性。這些發(fā)現(xiàn)將非均相熱催化和光催化與依賴于界面相互作用的原位重組現(xiàn)象聯(lián)系起來。

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