微生物诱导碳酸盐沉积介导的Cd2+固定

实验室条件下,研究了碳酸盐矿化菌施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）的生长对Cd²⁺的耐受性和固定效果,以及羟基磷灰石对3种菌固定Cd²⁺的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）对碳酸盐矿化菌的诱导矿化产物进行了表征.结果表明,3种菌生长过程中B.pasteurii的脲酶活性最强,是P.stutzeri和B.subtilis脲酶活性的10倍左右,且P.stutzeri,B.subtilis,B.pasteurii产CO₃^2-的最高浓度分别为588.19,661.72,1735.18mg/L,培养体系中pH值均呈现升高的趋势,最高pH值分别为8.23,9.06,9.52;Cd²⁺浓度在0~10mg/L范围内对P.stutzeri的生长影响较小,而当Cd²⁺浓度高于1mg/L时则会抑制B.subtilis和B.pasteurii的生长.初始Cd²⁺浓度为0.5mg/L时,培养120h,P.stutzeri,B.subtilis和B.pasteurii对Cd²⁺的固定去除率分别为96.37%,99.40%,97.57%;加入羟基磷灰石能够提高碳酸盐矿化菌对Cd²⁺的去除率.SEM和EDS结果显示,P.stutzeri和B.subtilis诱导形成的矿化产物多聚集在菌体周围或附着在菌体表面,呈球状或网状结构,表面疏松多孔,B.pasteurii的矿化产物附着在菌体表面,结构致密,呈不规则的球状;FTIR分析表明矿化产物中存在CO₃^2-,结合XRD结果,证实3种菌诱导沉淀矿化产物主要是CaCO₃,而Cd²⁺与Ca²⁺会以同晶置换的方式形成CdCO₃晶体,B.pasteurii在诱导矿化的过程中可将Cd²⁺以Ca_0.67Cd_0.33CO₃共沉淀的方式固定.     

基于细菌学研究改性生物炭对抗生素的降解机制

分别选取3个裂解温度下制备的改性生物炭——MBC350,MBC500和MBC700,2种抗生素——磺胺甲噁唑（SMX）和氯霉素（CAP）,考察MBCs对SMX和CAP生物降解的影响及生物降解过程中Pseudomonas stutzeri和Shewanella putrefaciens的细菌学特征.结果表明,在低浓度MBCs培养的细菌体系中,SMX和CAP的去除主要依靠细菌P.stutzeri和S.putrefaciens的生物降解;而在高浓度MBCs培养的细菌体系中,SMX和CAP的去除主要依靠MBCs的吸附.其主要是由于随着MBCs浓度的增加,对SMX和CAP的吸附量提高,同时促进细菌的繁殖,导致溶液中较少的SMX和CAP被细菌生物降解.MBCs提高了P.stutzeri细胞膜中饱和脂肪酸含量,抑制了S.putrefaciens中饱和脂肪酸的合成.特别是P.stutzeri中脂肪酸C10：0和C15：1,cis-10消失;而S.putrefaciens中逆式脂肪酸C14：1,cis-9和C15：1,cis-10生成.此外,应用基因绝对定量技术发现MBCs显著提高了细菌P.stutzeri的基因表达拷贝数,抑制了S.putrefaciens的基因表达拷贝数.但细菌P.stutzeri和S.putrefaciens的基因表达拷贝数均随着MBCs浓度的增加而增加.因此,本研究表明低浓度MBCs有利于SMX和CAP的生物降解,而高浓度MBCs促进细菌的生长量,脂肪酸和基因表达拷贝数.     

纳米钯铜改性毛竹炭三维电催化还原水中硝酸盐氮的机理研究

为揭示三维粒子电极对电催化还原水中硝酸盐氮(NO₃-N)的贡献及机理,以毛竹生物炭为模板,通过钯铜盐浸渍、焙烧及氢气有限表面还原等手段,制备了纳米钯铜改性毛竹炭(Nano-Pd/Cu-BC),以其为三维粒子电极搭建三维电催化还原体系,以强化传统电催化还原体系(无三维粒子电极)对NO₃-N的去除效果. 结果表明:①制备的Nano-Pd/Cu-BC保留了毛竹天然的遗态分级多孔结构特征,表面存在均匀分散的纳米Pd0和纳米Cu0金属粒子. ②三维电催化还原体系对水中NO₃-N具有更高的去除率,在反应240 min内,对NO₃-N的质量催化活性达0.069 mg/mg,较传统电催化还原体系提升5.35倍. ③三维电催化还原体系N₂的生成率为13.4%,较传统电极电催化还原体系提升2.84倍. 研究显示,采用Nano-Pd/Cu-BC搭建的三维电催化还原体系可以提升水中NO₃-N的去除率和N₂生成选择率.      

CoAg共负载的氮碳电催化还原CO2的研究

电催化CO₂还原转变成合成气是一种有前途的解决CO₂污染的方法.本工作在合成钴基金属有机框架材料ZIF-67的过程中引入Ag⁺,通过调控Co/Ag物质的量的比和煅烧温度合成一系列的CoAg共负载的氮碳材料(CoAg(a:b)-N-C),并进行电催化还原CO₂的性能研究.X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱分析(XPS)测试表明,金属Co和Ag主要以单质的形式负载在碳基质上,部分以金属氮键(M-N)的形式存在.透射电子显微镜(TEM)表明,部分金属单质被碳材料包裹,从而有效防止金属颗粒在使用过程中发生团聚.线性扫描伏安法(LSV)测试表明CoAg(a:b)-N-C呈现出高于Co负载氮碳材料(Co-N-C)的电催化还原CO₂的活性,其中CoAg(1∶1)-N-C-900在-0.53 V(vs.RHE)下产物CO的法拉第效率(FE)为45%,H₂的FE为26%,此时CO/H₂比例也达到1.73;产物的FE表明Co/Ag物质的量的比、煅烧...     

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平

阴极电催化实现宽pH域原位产H₂O₂颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力.为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH （3～10）条件下,均能原位电催化合成H₂O₂的自支撑阴极氮掺杂碳材料[X/N@C-CC,X=550、750、950 （煅烧温度）],并在此基础上,通过UV活化H₂O₂产生氧化活性物种对卡马西平（CBZ）进行降解.结果表明：（1）通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在.此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;（2）催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H₂O₂性能;（3）在最佳条件下,7...     

饱和持水量条件下不同氮添加对森林土壤氮素净转化的影响

为了研究在饱和持水量条件下不同氮沉降形态和水平对森林土壤氮素净转化及土壤N₂O排放的影响,选取中亚热带地带性森林红壤为研究对象,采用室内模拟试验方法,设置110%饱和持水量（WHC）的土壤水分,添加不同形态氮[（NH₄）₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃]和不同含量[0 mg/kg（CK）、20.0 mg/kg（LN）、66.7 mg/kg（HN）,以干土计]的氮素,进行为期14 d的室内培养（20℃）.结果表明,与CK相比,（NH₄）₂SO₄和NaNO₃处理对土壤净氮矿化和氨化的影响不大,而（NH₄）₂SO₄处理的净硝化量在高氮水平下为负值,说明硝化很弱,但该处理的净氨化量高于其他处理,特别是NaNO₃处理的净氨化量较高,认为很可能存在NO₃--N异化还原为铵（DNRA）.NaNO₃处理能显著提高土壤净硝化量而显著降低w（SON）（SON为土壤可溶性有机氮）,NH₄NO₃处理同时降低了土壤w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）,表现为氮固定作用,并且高氮水平的土壤w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著高于低氮水平;NaNO₃和NH₄NO₃处理的土壤N₂O排放速率和培养周期内的累积排放量均显著高于CK,并且高氮水平显著高于低氮水平,而（NH₄）₂SO₄处理与CK相当,并且高氮水平下的N₂O累积排放量低于低氮水平.研究显示,在过饱和土壤水分条件下,混合形态氮对土壤氮素净转化格局影响较大,含NO₃-形态氮明显促进土壤N₂O的排放,尤其是高氮水平.研究结果可为评价全球气候变化下特别是降雨情况下沉降氮形态对土壤氮素转化的影响提供重要参考.      

新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

聚丙烯微塑料对污泥厌氧消化效能作用影响

以聚丙烯（PP）微塑料为研究对象,考察不同浓度PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能的作用影响,同时采用荧光定量PCR方法定量检测了乙酸激酶（AK）和mcrA基因在不同PP微塑料作用下的丰度变化.结果表明,PP微塑料对污泥厌氧消化产CH₄和产酸效能具有促进影响,CH₄和乙酸累计产量随PP微塑料投加量的增大而升高,当PP微塑料投加量为0.2g/g VSS时,CH₄和乙酸累计产量与空白对照相比分别提高148.2%和15.2%,达227.1mL/g VSS和1291.2mg/L.相应地,mcrA基因丰度随之提高98.2%,表明PP微塑料对产甲烷菌的生长和繁殖具有促进作用,进而强化污泥厌氧消化产CH₄效能.     

锰基氧化物活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究进展

近年来,基于硫酸根自由基（SO₄·-）的新型高级氧化技术研发及其在水污染控制和土壤修复方面的应用备受关注.锰基氧化物因其结构性质多变、自然丰度高、环境友好等优势,被广泛应用于活化过氧一硫酸盐（PMS）和过氧二硫酸盐（PDS）处理难降解有机污染物.该文对可活化PMS/PDS的锰基氧化物的类型、结构特征、合成方法及影响反应活性的因素等进行了介绍,重点对不同锰基催化剂活化PMS/PDS的反应机理进行了讨论,并对未来的研究和发展进行了展望,旨在为拓展锰基矿物材料环境应用和阐明过硫酸盐活化机制提供重要参考.结果表明:活化产生的SO₄·-和羟基自由基（·OH）对污染物的降解起关键作用.SO₄·-具有较高的稳定性和氧化性,在降解过程中发挥主导作用.复合型锰基氧化物相较于单一锰基氧化物表现出更优的催化反应活性.PMS和PDS活化的反应机理存在显著差异:前者通过Mn（Ⅳ）与Mn（Ⅲ）之间的氧化还原循环,先生成SO₅·-再产生SO₄·-,而后者是通过氧化还原反应相继生成S₂O₈·-及SO₄·-.此外,MnO₂活化PDS还存在仅生成单态氧的非自由基反应机理.现阶段锰基氧化物活化PDS的相关研究仍比较匮乏,值得未来进一步深入研究.锰基材料活化PDS/PMS产生的活泼中间体Mn（Ⅲ）的鉴定及对污染物降解的贡献仍需更多直接的试验证据.      

g-C3N4/rGO/TiO2光催化材料降解模拟污水中氨氮

以自制的g-C₃N₄和氧化石墨烯（GO）及TiO₂为原料,通过静电吸附组装、水热还原等反应过程制备以还原氧化石墨烯（rGO）为光生电子传输介质的g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料,并通过冷场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见光漫反射光谱（UV-Vis-DRS）、光电流密度测试等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.选择含氮浓度为50mg/L的氨氮溶液作为模拟原水,调节氨氮溶液的pH值至9~10,研究了该光催化材料在氙灯照射下的氨氮去除效果.结果表明,g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料的SEM照片显示其为TiO₂包覆结构,复合材料的XRD图谱同时出现了TiO₂和g-C₃N₄的衍射峰,DRS光谱则体现出复合材料在可见光区的光吸收能力明显增强;对氨氮的去除实验表明原材料GO：g-C₃N₄=1：10的复合光催化材料有较好的光催化降解氨氮的性能,氨氮平均去除率为97%.通过采用电子顺磁共振（EPR）测定反应过程中的活性自由基,推测降解机理为：复合光催化剂在氙灯照射下生成的超氧阴离子自由基和羟基自由基直接在材料表面对吸附的NH₃进行氧化,而rGO则作为光催化材料的传输介质起到了传导光生电荷的作用.     

g-C3N4/rGO/TiO2光催化材料降解模拟污水中氨氮

以自制的g-C₃N₄和氧化石墨烯（GO）及TiO₂为原料,通过静电吸附组装、水热还原等反应过程制备以还原氧化石墨烯（rGO）为光生电子传输介质的g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料,并通过冷场发射扫描电镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、紫外-可见光漫反射光谱（UV-Vis-DRS）、光电流密度测试等方法对催化剂形貌结构和光学性能进行了表征.选择含氮浓度为50mg/L的氨氮溶液作为模拟原水,调节氨氮溶液的pH值至9~10,研究了该光催化材料在氙灯照射下的氨氮去除效果.结果表明,g-C₃N₄/rGO/TiO₂光催化材料的SEM照片显示其为TiO₂包覆结构,复合材料的XRD图谱同时出现了TiO₂和g-C₃N₄的衍射峰,DRS光谱则体现出复合材料在可见光区的光吸收能力明显增强;对氨氮的去除实验表明原材料GO：g-C₃N₄=1：10的复合光催化材料有较好的光催化降解氨氮的性能,氨氮平均去除率为97%.通过采用电子顺磁共振（EPR）测定反应过程中的活性自由基,推测降解机理为：复合光催化剂在氙灯照射下生成的超氧阴离子自由基和羟基自由基直接在材料表面对吸附的NH₃进行氧化,而rGO则作为光催化材料的传输介质起到了传导光生电荷的作用.     

纳米TiO2/ZJ-01复合相促脱剂对高浓度氨氮吹脱效率的协同强化机制研究

为了强化煤化工废水中高浓度氨氮(500~7000mg/L)的吹脱去除效率,进一步减少投碱量,制备了一种纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂,并对其稳定性、促脱效率及强化机理进行了研究.结果表明,在有机组分质量分数6.0%,5nm TiO₂固含量0.4%,超声分散30min时,纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂性价比最好.在纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂投加量为7.5mL/L时,氨氮吹脱率便可以达到95.14%,且在任何pH值条件下投加纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂,氨氮吹脱率均能提高17.02%~32.46%.与直接吹脱法相比,投加纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂吹脱40min,原水pH=10时的氨氮吹脱率便已高于直接吹脱法pH=11.5时的氨氮吹脱率,极大降低了碱耗量.进一步对纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂作用机理研究发现,纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂能极大的降低气液相间表面张力,从而降低传质过程中的液膜阻力,减小气泡尺寸,增大传质接触面积,加快氨气的逸出;同时,在吹脱过程中纳米TiO₂/ZJ-01复合相促脱剂能够增强界面湍动及对流现象,加快气泡液膜表面部分更新,减少有效传质边界层厚度,从而降低氨氮传质阻力,强化了气液间传质的进行.     

武汉东湖沉积物好氧氨氧化微生物时空分布

采用实时荧光定量PCR （qPCR）技术,测定了武汉东湖沉积物中氨氧化古菌（AOA）和氨氧化细菌（AOB）氨单加氧酶基因（amoA）的丰度,并结合沉积物水体环境中各形态氮素的含量,分析氮素含量对AOA和AOB的时空分布的影响.结果显示,AOA amoA基因丰度大于AOB amoA基因丰度,表明AOA对氨氧化过程的贡献较大.同时,AOA和AOB amoA基因丰度都随深度增加而降低.此外,间隙水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮浓度分别为6.28~33.56、2.71~22.7、0.12~0.98、0.01~0.13mg/L;上覆水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.68,0.79,0.16,0.04mg/L;表层水的总氮、氨氮、硝酸盐氮以及亚硝酸盐氮平均浓度分别为1.34,0.62,0.11,0.03mg/L,表明东湖东湖沉积物相对于水体呈营养盐可释放状态.相关性分析表明：AOA amoA基因丰度与间隙水氨氮和亚硝酸盐氮浓度呈显著正相关（P<0.05）,AOB amoA基因丰度与间隙水亚硝酸盐氮（NO₂^--N）浓度呈显著正相关（P<0.05）.     

利用H+浓度变化控制含Cl-的氨氮废水的电解时间

采用电化学间接氧化法处理含Cl^-的中高浓度氨氮废水,针对不同浓度的氨氮废水的电解时间的控制,提出利用废水的H⁺浓度变化控制氨氮废水实际处理时间.从理论计算及对模拟和实际氨氮废水进行电解分析发现：当废水氨氮还没有完全降解时,每一个NH₄⁺降解的过程中会生成一个H⁺,c（H⁺）随着时间线性上升;当氨氮刚好完全降解时,c（H⁺）达到最大值;此后继续电解且废水pH＜7时,电解过程形成的OH^-会持续消耗H⁺,c（H⁺）随着时间线性下降.利用pH计实时监测废水的pH值,通过程控信号转换器进行c（H⁺）与pH值的换算,将pH值信号转化为c（H⁺）信号,可提高决策的准确性和灵敏度.     

利用H+浓度变化控制含Cl-的氨氮废水的电解时间

采用电化学间接氧化法处理含Cl^-的中高浓度氨氮废水,针对不同浓度的氨氮废水的电解时间的控制,提出利用废水的H⁺浓度变化控制氨氮废水实际处理时间.从理论计算及对模拟和实际氨氮废水进行电解分析发现：当废水氨氮还没有完全降解时,每一个NH₄⁺降解的过程中会生成一个H⁺,c（H⁺）随着时间线性上升;当氨氮刚好完全降解时,c（H⁺）达到最大值;此后继续电解且废水pH＜7时,电解过程形成的OH^-会持续消耗H⁺,c（H⁺）随着时间线性下降.利用pH计实时监测废水的pH值,通过程控信号转换器进行c（H⁺）与pH值的换算,将pH值信号转化为c（H⁺）信号,可提高决策的准确性和灵敏度.