Pd/rGO/C电极催化还原硝酸盐

采用化学还原与电沉积方法制备了钯和石墨烯复合膜碳纸(Pd/r GO/C)电极。以制备的Pd/r GO/C电极为阴极,通过电化学还原法处理水中硝酸盐。结果表明,与碳纸(C)、石墨烯修饰碳纸(r GO/C)、钯修饰碳纸(Pd/C)电极相比,Pd/r GO/C电极对于硝酸盐还原具有更高的电催化活性及N2选择性。Pd和r GO具有良好的协同催化还原硝酸盐作用。当外加电压由-0.75 V降至-1.0 V时,Pd/r GO/C电极还原速率k值由0.001 min-1快速提高至0.061 min-1。中性条件更利于Pd/r GO/C电极还原硝酸盐及N2生成。同时,Pd/r GO/C电极对浓度区间为6.8~22.6 mg(NO-3-N)/L硝酸盐催化还原效率较高,且反应液中未检测到金属Pd,无二次污染。     

Fe_3O_4@PEG@SiO_2人工抗体的制备及其对噻吩磺隆的吸附性能

以FeCl_2·4H_2O和FeCl_3·6H_2O为原料采用共沉淀法制备Fe_3O_4磁性纳米粒子,在其表面修饰聚乙二醇2000(PEG-2000),在所得的修饰了PEG-2000的Fe_3O_4磁性纳米粒子溶液中加入模板分子噻吩磺隆、交联剂正硅酸乙酯和催化剂氨水,水解后制得印迹了噻吩磺隆的Fe_3O_4@PEG@SiO2人工抗体。用体积比为1:4的乙酸和丙酮溶液为洗脱剂,洗脱位于SiO_2壳层中的印迹分子,形成具有与印迹分子结构、大小和功能基团互补的特异性识别位点空穴。制备的Fe_3O_4@PEG@SiO_2人工抗体对目标分析物噻吩磺隆分子选择性识别和吸附,对噻吩磺隆的最大饱和结合量为41.28 mg·g~(-1),前30 min内,其吸附速率为0.45 mg·(min·g)~(-1),分别是非印迹方法的5.34倍和3.46倍。     

利用发光量子点探针测定多环芳烃和酞酸酯污染物的研究

以CdSe/CdS量子点(CdSe/CdS QDs)为原料,对其进行硅烷氨基化表面修饰,合成了具有水溶性的发光量子点(CdSe/CdS-Si-NH2 QDs)探针。基于量子点与持久性有机污染物(POPs)发生共振能量转移及偶联反应等过程而导致荧光变化的现象,分别利用荧光光谱、三维荧光光谱和荧光猝灭原理测定芘、荧蒽和酞酸酯浓度。结果表明,构建的测定方法对芘、荧蒽和酞酸酯的检测限均达到pg/L水平,将CdSe/CdS-Si-NH2QDs应用于三峡库区(万州段)水体芘、荧蒽和酞酸酯含量的测定,3种污染物的加标回收率为89.5%~106.4%,达到了定量灵敏测定的要求,根据分析结果,对三峡库区污染物的来源进行了分析。     

Ag-石墨烯的制备及修饰电极对对苯二酚的电催化氧化

以石墨为原料,用改进的Hummers法制备了氧化石墨(GO),以葡萄糖为还原剂,采用一步还原法制备了Ag-石墨烯(Ag-Gr)纳米复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等手段对复合材料的结构及形貌进行了表征,并用循环伏安法考察了复合材料的电化学性能。结果表明:氧化石墨和银离子在葡萄糖的作用下,氧化石墨失去部分含氧官能团,被还原为石墨烯(Gr),银离子被还原为银纳米颗粒,均匀分布在石墨烯片层表面;在p H值为7.0,Ag-石墨烯浓度为2.5 mg/m L时,Ag-石墨烯修饰玻碳电极对对苯二酚具有良好的电催化氧化作用。     

柱前衍生-固相萃取-高效液相色谱荧光测定生物脱氮反应器中痕量信号分子AI-2

为揭示污水生物脱氮工艺中污泥菌群间的群体感应作用,建立了柱前衍生-固相萃取-高效液相色谱荧光检测法(HPLC-FLD)定量检测介导细菌种间群体感应信号分子AI-2的方法。取反应器的泥水混合液,经0.45μm滤膜过滤后,用氨基磺酸掩蔽亚硝酸盐干扰,并与2,3-二氨基萘(DAN)发生衍生化反应,衍生化产物用C18固相萃取柱进行固相萃取,经氮吹浓缩后上机分析。采用C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5μm)进行分离,乙腈与水(含0.1%甲酸)作为流动相进行梯度洗脱,使用荧光检测器(激发和发射波长分别为271 nm和503 nm)进行检测。结果表明,该检测方法在1～200 ng·mL~(-1)范围内呈现出了良好的线性关系,检出限为1 ng·mL~(-1),回收率为55.08%～59.25%,相对标准误差为2.98%～10.41%。该方法适用于杂质干扰多的痕量信号分子AI-2定量分析,可为生物脱氮工艺中信号分子AI-2介导群体感应研究提供有效的分析方法。     

石墨烯复合改性海绵的制备及其吸油性能

将三聚氰胺海绵(MF)浸入氧化石墨烯(GO)悬浮液,经微波溶剂热还原反应后,用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进一步修饰,得到超疏水亲油的石墨烯复合改性吸油海绵(rGO-PDMS-MF)。优化了GO和PDMS改性试剂的浓度,通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及接触角(CA)测定仪对海绵结构和性质进行了表征,测试了海绵的饱和吸油性能、重复使用性能及油水分离性能。结果表明:GO悬浮液和PDMS溶液最适浓度分别为2.0g·L~(-1)和1.0%(质量分数);所得海绵的接触角达151.5°,饱和吸油能力达45～110g·g~(-1),可通过吸附-挤压方式重复使用10次以上;rGO-PDMS-MF海绵对油水体系具有良好的选择性,与泵装置结合后可以连续有效地将油从水面分离,再生使用后仍保持较高的浮油回收速率和较强的疏水性能。     

氢气压力和进水流速对氢基质生物膜反应器同步去除溴酸盐和高氯酸盐的影响

为了考察氢基质生物膜反应器(MBfR)中氢气压力和进水流速对溴酸盐(BrO_3~-)和高氯酸盐(ClO_4~-)同步去除的影响,基于短期系列实验,研究了不同氢气压力和进水流速下BrO_3~-和ClO_4~-的去除效率、去除通量、当量电子转移通量及还原反应动力学。结果表明:氢气压力从0.02 MPa提高至0.08 MPa时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除率分别升高了12.5%和17.2%,去除通量分别升高了0.001 2 g·(m~2·d)~(-1)和0.002 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-去除率并未随氢气压力持续升高而呈线性升高趋势;当进水流速从1.0 mL·min~(-1)提高至4.0 mL·min~(-1)时,BrO_3~-和ClO_4~-的去除通量由0.005 g·(m~2·d)~(-1)和0.006 g·(m~2·d)~(-1)分别升高至0.014 g·(m~2·d)~(-1)和0.017 g·(m~2·d)~(-1),但BrO_3~-和ClO_4~-的去除率BrO_3~-和ClO_4~-的去除率明显降低;结合还原反应动力学研究,MBfR运行效能最佳的氢气压力和进水流速分别为0.04～0.06 MPa和2.0 mL·min~(-1)。生物膜当量电子转移通量分析表明,反硝化对电子供体(氢气)的竞争性抢夺比BrO_3~-和ClO_4~-还原更加激烈;还原反应动力学级数揭示了BrO_3~-和ClO_4~-还原对进水流速加快的敏感性比氢气压力变化更加强烈。为了获得更高的污染物去除效能,可以适当控制进水流速和水中共存NO_3~--N的竞争性抑制。     

生物炭和石墨的电化学性质对剩余污泥厌氧消化产甲烷的影响

以玉米秸秆为原料,分别在300、500和700℃的条件下热解制备生物炭(CS300、CS500、CS700),对其理化性质(pH、比表面积、灰分含量、元素组成)和电化学性质(电子供给能力(EDC)、电子接受能力(EAC)、导电率(EC))进行了表征,并将3种生物炭和导电型石墨分别加入消化反应器进行污泥中温厌氧消化批次实验。结果表明:CS300具有最高的EDC(0.598 mmol·g~(-1)),CS700具有最高的EAC(0.740 mmol·g~(-1)),石墨的导电性最强(2.0×10~4 S·m~(-1));4种碳材料对污泥厌氧消化产甲烷均有促进作用,CS300、石墨、CS500和CS700实验组的甲烷累积总产量比对照组分别提高了42.4%、38.9%、28.9%和11.2%。微生物群落结构分析结果表明:甲烷生成的主要代谢途径是CO_2还原代谢途径;3种生物炭材料均提高了Methanosarcina等氢营养型产甲烷古菌的相对丰度,CS300的富集能力最强,石墨的影响作用则不显著。冗余分析结果表明:4种碳材料的电化学性质对厌氧细菌群落组成变化的贡献度为52.7%,对厌氧古菌群落组成变化的贡献度为64.4%;具有氧化还原活性的生物炭通过反复供给、接受电子大幅增加体系中微生物可用电子数量来提高互养微生物种间电子传递效率;而导电性能优秀的石墨则主要通过促进微生物的直接电子传递来提高甲烷产率。研究为解析具有电化学活性的碳材料对厌氧微生物菌群代谢特征和电子传递的影响规律提供了一定的理论支撑,对提高污泥厌氧消化效率、实现能源高效回收具有重要理论价值和现实意义。     

硅胶表面分子印迹聚合物对DEHP的选择性吸附

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对硅胶进行改性,并以改性硅胶为载体、邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)为模板分子、甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,采用表面接枝聚合法合成DEHP-硅胶表面分子印迹聚合物,考察了物料比、反应温度、反应时间对聚合物性能的影响,确定了最佳制备条件。采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜对印迹聚合物进行表征,并对其吸附性能进行了研究。结果表明,最佳制备条件为:模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1∶4∶12、反应温度60℃、反应时间24 h。红外光谱显示印迹聚合物成功接枝到硅胶表面,扫描电镜分析表明,印迹聚合物表面粗糙,出现了对模板分子DEHP产生选择性识别的孔穴。与DBP、DEP、DMP和DNOP相比,印迹聚合物对DEHP的吸附具有高选择性,吸附DEHP的最适pH为7,吸附平衡时间100 min。吸附等温线可用Langmuir和Freundlich模型描述,饱和吸附量为7.262 mg·g~(-1)。吸附速率可用准二级吸附动力学模型描述。     

紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

石墨烯/碳化钴钼复合材料作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钴钼。用透射电镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了材料的形貌和结构。用循环伏安(CV)表征了其氧还原(ORR)催化性能,结果表明,复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料。旋转圆盘电极(RDE)实验表明复合材料的氧还原反应为高效的四电子转移过程。含有6 mg·cm~(-2)石墨烯/碳化钴钼复合材料作为阴极催化剂的微生物燃料电池(MFCs)最大功率密度为418 mW·m~(-2),达到商业铂碳的68.3%。因此,廉价的石墨烯/碳化钴钼复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。     

还原氧化石墨烯/磷酸银光催化剂制备及其对卡马西平的降解

为进一步增强Ag_3PO_4的催化应用性能,采用水热还原法制备还原氧化石墨烯/磷酸银(rGO/Ag3PO4)复合光催化剂并对其进行表征;考察了氧化石墨烯(GO)掺量、溶液pH、光源对其光催化降解卡马西平效果的影响;通过对催化降解过程中活性物种的确定,初步推断其降解机理。结果表明,复合改性有助于提高Ag_3PO_4颗粒分散性,增强其光响应能力和光催化活性。当GO掺量为0.7%,初始pH为5～9时,全波段辐射处理初始浓度200μg·L~(-1),卡马西平在6 min内基本可实现对其完全降解。催化降解过程中光生空穴是主要的活性物质,其与羟基自由基、水合电子共同作用实现卡马西平的降解。     

异化铁还原细菌Klebsiella sp.KB52还原重金属Cr(Ⅵ)

以分离自海洋沉积物中异化铁还原细菌Klebsiella sp. KB52为研究对象,分析微生物异化铁还原过程对还原Cr(Ⅵ)的影响。菌株KB52是一株非典型耐铬细菌,在Cr(Ⅵ)浓度10～50 mg·L~(-1)范围内,该菌株生长受到明显抑制。当将Fe(OH)~3添加至培养体系,菌株KB52能够良好生长并具有铁还原性质,同时提高了Cr(Ⅵ)还原效率。Fe(OH)~3浓度为300 mg·L~(-1)时,菌株KB52细胞生长指标OD600和累积产生Fe(Ⅱ)浓度最高,分别是1.4760±0.04和(39.79±1.45)mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)还原率(42%)是对照组的5.25倍。当柠檬酸铁作为电子受体,菌株KB52还原Fe(Ⅲ)效率最高,Fe(Ⅱ)累积浓度达到(109.87±1.27)mg·L~(-1),Cr(Ⅵ)还原率提高至67%。上述结果表明,菌株KB52能够利用可溶性和不可溶性Fe(Ⅲ)作为电子受体进行生长,同时其异化铁还原过程偶联Cr(Ⅵ)还原。研究结果可为利用异化铁还原细菌还原Cr(Ⅵ)提供理论依据,拓宽微生物治理重金属污染的应用范围。     

大孔树脂对还原后TNT红水中苯胺类物质的吸附性能

采用零价铁对2,4,6-三硝基甲苯(TNT)红水进行预处理,可将硝基物还原为对应苯胺类化合物,从而降低其毒性,提高可生化性,并使其带电荷,易于后续资源化利用。为了使还原后的TNT红水中的苯胺类物质与无机盐进行分离,研究了大孔吸附树脂HYA-106对还原后TNT红水中苯胺类物质的吸附行为。条件优化实验表明,在温度为293 K,p H为3.0,树脂用量为140 g·L~(-1)时,COD和苯胺类去除率分别为91.4%和94.7%。吸附等温线表明,吸附量与温度呈负相关,吸附更符合Freundlich吸附模型,不同温度下相关系数均大于0.97。热力学研究表明,该吸附过程是焓推动的自发过程,范德华力、疏水效应、偶极力和氢键是主要的吸附作用力。动力学实验表明该吸附符合准二级动力学速率方程,吸附在150min基本达到平衡,内扩散为控速步骤。     

零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水

采用零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水,研究了初始pH、零价铁投加量、过氧化氢(H_2O_2)投加量及温度对红水中总有机碳(TOC)去除效果的影响,同时进行了TOC去除过程中反应动力学的探讨。结果表明,零价铁耦合芬顿氧化体系可有效降解TNT红水中的2,4-二硝基甲苯-3-磺酸钠和2,4-二硝基甲苯-5-磺酸钠。在初始pH为2,温度为20?C的条件下,加入1.5 g·L~(-1)零价铁反应1 h后,再加入100 mL·L~(-1)H_2O_2反应4 h,红水中二硝基甲苯磺酸盐浓度从500 mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%,TOC浓度从150 mg·L~(-1)降至30 mg·L~(-1),去除率达到80%。反应中TOC的降解过程遵循拟二级反应动力学方程。零价铁耦合芬顿氧化法可以作为TNT红水的有效处理途径。     

Mn-CeOx/钛基层柱粘土(Ti-PILCs)低温选择性催化还原催化剂的钙中毒研究

以钛基层柱粘土(Ti-PILCs)为载体,制备了Mn-Ceox/Ti-PILCs低温选择性催化还原(SCR)催化剂,采用浸溃法模拟了催化剂钙中毒,研究了不同含钙量对催化剂活性的影响,并运用NH3-程序升温脱附(TPD)、H2-程序升温还原(TPR)及X射线光电子能谱(XPS)表征,分析了钙对催化剂的失活作用.结果表明:...     

热还原石墨烯对Cr(Ⅵ)离子的吸附性能

为了研究石墨烯对重金属铬的吸附性能,提出了以氧化石墨为前驱体,通过真空低温热还原制备热还原石墨烯(TRG)。利用红外光谱,比表面分析和扫描电子显微镜对制得的石墨烯进行表征。考察了石墨烯在静态吸附条件下对Cr-(Ⅵ)离子的吸附性能。通过单因素和正交实验优选吸附条件,结果表明,在30℃,p H为1,石墨烯用量0.025 g,振荡时间2.5 h时,吸附率可达99%,吸附类型符合Langmuir等温模型,吸附过程符合准二级反应动力学模型。在30℃时最大单分子层吸附量为50 mg·g~(-1)。     

MIL-101前体制备多孔铁碳材料构建高效异相电芬顿体系

通过水热法合成MIL-101(Fe)材料,并在N2氛围中进行高温碳化制备多孔铁碳(N-MIL-FeC)电极材料,探究其电催化氧还原性能及阴极电芬顿降解模拟染料废水性能。将制备的N-MIL-FeC材料进行电催化氧还原反应(ORR)性能测试,结果表明,Fe/H_2BDC摩尔比为2∶1,碳化温度为900℃,N-MIL-FeC材料CV扫描所得图形峰电位最小且峰电流最高,具有最优的ORR催化活性。在此基础上,将最佳条件下制得的N-MIL-FeC负载在碳纸上制成催化阴极应用于电芬顿反应催化降解模拟染料废水RhB。在催化剂负载量为1.5 mg·cm~(-2),pH为7条件下,浓度10 mg·L~(-1)的RhB溶液经过70 min降解率达到99%以上。通过淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试证明羟基自由基(·OH)是参与催化降解反应的主要活性中间体。以MIL-101(Fe)为前驱体制备的多孔铁碳材料性能较好,有一定的应用前景。     

氧化石墨烯改性PVDF/PET复合膜的制备及其抗污染性能

采用PET编织管作为复合膜的结构层,将PVP和氧化石墨烯(GO)分别作为制孔剂和改性剂与PVDF基材混合,通过涂覆-浸没凝胶相转化法制备得到具有亲水性的高强度PVDF/PET编织管复合膜。观察复合膜的断面结构和表面形貌,测定其纯水通量、表面基团以及接触角等性能参数,并将不同浓度GO改性复合膜应用于序批式膜生物反应器(SMBR)中。利用原子力显微镜(AFM)及自制的污染物胶体探针测定了溶解性微生物产物(SMP)与膜面之间的微观作用力,考察改性复合膜的抗污染特性。在40 d的反应器运行实验中,GO改性复合膜的清洗周期较改性前延长了20%~40%,该结果说明改性复合膜能够有效抑制膜面对污染物的吸附,且GO质量分数为0.5%时清洗周期最长。AFM测试结果显示,复合膜中GO质量分数为0.5%时,SMP与膜面之间的黏附力最小,抗污染能力最强。     

粉煤灰/氧化石墨烯复合材料吸附Hg(Ⅱ)

利用売聚糖(CS)将氧化石墨烯(GO)交联到粉煤灰颗粒上,制备出粉煤灰/氧化石墨烯(FCGO)复合吸附材料。扫描电子显微镜(SEM)、漫反射红外光谱(DRIFT)和X射线电子光谱(XPS)对FCGO的研究表明GO被成功负载到粉煤灰上。静态吸附实验表明pH值接近中性时有利于FCGO对Hg(Ⅱ)的吸附,共存阴离子促进而阳离子抑制对Hg(Ⅱ)的吸附。动力学研究表明FCGO吸附Hg(Ⅱ)符合Elovich方程模型,饱和吸附量高达42.2 mg·g~(-1)1。非线性Redlich-Peterson模型比Langmuir和Freundlich模型更适合描述吸附过程。热力学参数△H~0=12.20 kj·mol~(-1),△S~0=48.92 J·(mol K)~(-1),△G~0=-4.09kJ·mol~(-1)(333K)表明吸附过程是吸热且自发进行的。分析吸附前后FCGO的DRIFT和XPS光谱,推测对Hg(Ⅱ)的吸附主要是静电吸引作用。