雙良環(huán)境最新科研動(dòng)態(tài)(2021-11)

2021-11-01 16:32:30 0 雙良環(huán)境

1、中文標(biāo)題：將太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光熱效應(yīng)耦合到光催化中以實(shí)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(yáng)輻射進(jìn)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(yáng)能熱轉(zhuǎn)換作為一種普遍存在的現(xiàn)象，同時(shí)進(jìn)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(jī)是可以實(shí)現(xiàn)的。最近，太陽(yáng)能水蒸發(fā)伴隨著光催化降解、殺菌，制氫被認(rèn)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(jì)的太陽(yáng)能功能材料的推動(dòng)下，大量的光熱耦合光催化技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來。對(duì)此，總結(jié)最近的進(jìn)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(yáng)能水蒸發(fā)、水凈化和太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)能源生產(chǎn)領(lǐng)域的新興應(yīng)用。此外，對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用提出了挑戰(zhàn)和展望?？梢灶A(yù)見，這為進(jìn)一步推動(dòng)太陽(yáng)能熱驅(qū)動(dòng)水蒸發(fā)和光催化系統(tǒng)綜合發(fā)展，實(shí)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(yáng)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(shì)。每年的出版物摘自2016年至2021年的科學(xué)網(wǎng)。

2、中文標(biāo)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(jī)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(duì)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(duì)模擬尾水中亞甲基藍(lán)（MB）進(jìn)行高效去除，并著重闡述了其過程機(jī)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(jī)混凝劑對(duì)二氧化鈦的收集使MB濃度達(dá)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(jìn)一步降解。機(jī)理分析表明，改性二氧化鈦不是簡(jiǎn)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(duì)小球藻的快速吸附和藻類滯后期的低解吸，以及隨著藻細(xì)胞數(shù)量的增加而逐漸的生物降解。

3、中文標(biāo)題：對(duì)從墨西哥Tepetitla 的紡織廢水中分離到兩株嗜酸單胞菌，進(jìn)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(zhǎng)促進(jìn)中起著重要作用。對(duì)從紡織污水中分離到的兩株嗜酸單胞菌對(duì)偶氮染料的脫色和降解能力進(jìn)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(duì)部分16S rRNA基因片段的測(cè)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(cè)定了它們對(duì)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(duì)染料(酸性紅、甲基橙)生長(zhǎng)的影響。我們還鑒定了可能參與降解過程的酶。基于16S rRNA序列的系統(tǒng)發(fā)育分析表明，該菌屬于寡養(yǎng)單細(xì)胞屬。在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，TepeL 和 TepeS分別對(duì)除1g/L外的所有偶氮染料進(jìn)行脫色，并降解偶氮染料。降解產(chǎn)生了N，N-二甲基對(duì)苯二胺和4-氨基-1-萘磺酸鈉的甲基橙和酸性紅。測(cè)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(duì)紡織品表面活性劑具有良好的去污能力。

4、中文標(biāo)題：富鐵基質(zhì)生態(tài)浮床用于富營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化淡水恢復(fù)中被認(rèn)為是一種常用的方法。在這項(xiàng)研究中，采用基于富鐵基質(zhì)（IRS）的生態(tài)浮床進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)主要研究了IRS對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)物的去除效果和抑藻效果。結(jié)果表明，在7天的實(shí)驗(yàn)期內(nèi)，IRS對(duì)葉綠素a（chl-a）的去除率達(dá)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(dá)到82.1%，總磷去除率達(dá)到98.5%。通過為期50天的中試實(shí)驗(yàn)，對(duì)水生生物進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，富鐵的基底生態(tài)浮床是富營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化淡水中使用的IRS對(duì)藻類具有較好的抑制作用。IRS在富營(yíng)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(duì)藻類具有高效絮凝作用。
•富鐵基質(zhì)（IRS）的生態(tài)浮床對(duì)富營(yíng)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(xì)菌的電子供體。
•大約3個(gè)月后，基于富鐵基質(zhì)生態(tài)浮床處理后，富營(yíng)養(yǎng)化淡水呈現(xiàn)中度營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，水體富營(yíng)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(shì)，在富營(yíng)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(jī)理分析

5、中文標(biāo)題：絲瓜海綿作為漂浮載體負(fù)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(zhǎng)期以來，光催化一直被認(rèn)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(shí)際應(yīng)用受到了嚴(yán)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(gè)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(fù)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(fù)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(shí)內(nèi)達(dá)到74%。此外，制備的rGO/BiOBr@LF-2可以通過從溶液中取出材料簡(jiǎn)單地回收，而不會(huì)有明顯的催化活性損失。這項(xiàng)工作為高效實(shí)用的藻類廢水處理設(shè)計(jì)可回收和浮動(dòng)整體光催化劑提供了新的見解。

圖3 光催化過程中藻細(xì)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(biāo)題：藻-菌共生系統(tǒng)有效處理廢水的研究進(jìn)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(dòng)將不同的有機(jī)和無機(jī)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(xì)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(xì)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(jī)物分離為溶解有機(jī)碳 (DOC) 并排放出二氧化碳，藻類得到二氧化碳可以進(jìn)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(xì)菌共生廢水處理會(huì)是一項(xiàng)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(xì)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(jìn)展。與其他微生物處理相比，藻類生物修復(fù)克服了對(duì)碳和不同補(bǔ)充劑的需求。藻類與細(xì)菌之間的相互作用是復(fù)雜的。藻類和細(xì)菌種類、溶解氧、有機(jī)物、pH值、溫度、鹽度和藻類生長(zhǎng)的光供應(yīng)等不同因素影響著藻類-細(xì)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(xiàn)研究支持本綜述，得出結(jié)論認(rèn)為，與單一藻類或細(xì)菌系統(tǒng)相比，藻-細(xì)菌共生系統(tǒng)在利用營(yíng)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(xì)菌絮體的形成促進(jìn)了生物量的下游處理，無需使用絮凝劑。此外，藻-細(xì)菌共生提高了廢水處理廠生物肥料和動(dòng)物飼料的回收率。

圖4
7、中文標(biāo)題：CuWO₄/CuS異質(zhì)結(jié)光催化劑在可見光驅(qū)動(dòng)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(gè)關(guān)系到人類健康的嚴(yán)重問題，其中有機(jī)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(duì)有機(jī)染料進(jìn)行光降解。因此，它們被認(rèn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(biāo)題：異質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯/二氧化鈦的機(jī)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(xiàng)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(lán) (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(dá) 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(shí)后可以降解約 62% 的 MB 溶液。最后，還討論了 GO/TiO₂ 的光催化機(jī)理。

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