铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

处理垃圾渗滤液的Fe/C空气阴极MFC性能研究

用浸渍法制得硝酸铁/活性炭粉催化剂,通过吸附法将催化剂吸附到碳毡上制作Fe/C催化剂碳毡空气阴极电极.通过改变初始活性炭粉投加量和硝酸铁浓度,考察了两者对以垃圾渗滤液为燃料的MFC产电性能影响;通过循环伏安测试,对不同硝酸铁浓度下自制阴极电极性能进行了评价;在最佳催化条件下考察了装置运行稳定性;并对不同进水COD浓度下同步产电和污水净化性能进行了研究.结果表明,随着活性炭粉投加量或硝酸铁浓度的增加,MFC产电性能均呈现先升高后降低的趋势;当活性炭粉投加量为1 g且硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时,电池性能最佳,功率密度为4 199.8 mW.m-3,表观内阻为465Ω;在硝酸铁和活性炭粉最佳比范围内,MFC的内阻和功率密度分别随着催化剂量的增加而减小和增加;循环伏安测试进一步表明,硝酸铁浓度为0.25 mol.L-1时放电容量最大,且性能稳定;在最佳催化条件下,随着进水COD浓度的增加,MFC产电性能增加,功率密度达5 478.92 mW.m-3,同时COD去除量也增加,最大为1 505.2 mg.L-1,垃圾渗滤液的COD去除率最大达89.1%.     

Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极电子穿梭体的微生物燃料电池持续产电机制

阴极氧还原反应（ORR）是影响微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）性能的重要因素.采用双室MFC以Fe(Ⅲ)-EDTA为阴极液进行持续产电试验.结果表明,添加Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极液可显著加速氧还原反应速率,降低内阻,提高输出电压与功率.当阴极液中存在20.0 mmol/L的Fe(Ⅲ)-EDTA时,电池内阻仅为300　Ω,比对照降低了900　Ω,其输出电压（1 000　Ω下）与功率密度可维持在200.1 mV、 16.0 mW/m²左右,比不加的对照分别提高73.2%、 70.1%. Fe(Ⅲ)-EDTA氧化再生与持续产电试验表明,Fe(Ⅲ)-EDTA可通过曝气氧化再生、循环利用,即Fe(Ⅲ)-EDTA可作为阴极电子穿梭体加速电子至氧气的传递.Fe(Ⅲ)-EDTA首先接受阴极电子被还原成Fe(Ⅱ)-EDTA,在阴极室充分曝气条件下,Fe(Ⅱ)-EDTA将电子传递给O₂同时被氧化再生成Fe(Ⅲ)-EDTA,从而完成电子从电极传递到氧气的穿梭过程,MFC得以长期稳定运行.进一步优化试验显示,Fe(Ⅲ)-EDTA作为阴极电子穿梭体强化MFC产电的适宜条件为：浓度20.0 mmol/L、pH=5.0左右.在此条件下MFC的最大功率密度达100.9 mW/m².     

剩余污泥燃料电池处理含铬废水的效能及机理

采用剩余污泥为阳极底物,六价铬为阴极电子受体,构建双室微生物燃料电池(MFC).MFC启动成功后,考察阳极室污泥初始浓度和阴极室六价铬初始浓度对MFC产电性能及六价铬还原速率的影响.较高的污泥浓度(8~12g/L)对六价铬的还原速率影响均较小,且去除率均可达99%以上.污泥浓度为10g/L的MFC具有较高的产电性能,内阻为108Ω,最大功率密度输出为3621mW/m3.阴极室较高的Cr(VI)初始浓度可维持较长时间的高输出电压,但对阳极污泥降解并无明显影响.XPS测试结果表明,阴极Cr(VI)的还原产物为Cr(III),因电场作用被吸附在电极片上,使得阴极溶液中的总铬浓度降低.研究表明,剩余污泥为底物的微生物燃料电池可以在产电的同时实现剩余污泥的资源化及电镀废水的无害化.     

铁酸锰活性炭阴极催化剂的制备与对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)阴极的氧化还原反应能力对MFC的产电性能起着至关重要的作用,因此,本研究制备了铁酸锰/活性炭(MnFe₂O₄/AC)并对其进行材料学表征,研究其作为MFC空气阴极催化剂时产电和污水处理效果.研究表明,MnFe₂O₄和AC物质的量比为1:3时MFC电功率密度最高,达302.7mW/m².在峰值电压附近维持时间长达200h,维持时间是传统Pt/C催化剂MFC的4倍,库伦效率达到17.45%.在催化剂重复利用实验中发现,在相同的运行时间内,采用Pt/C催化剂的MFC电压下降明显,而采用MnFe₂O₄/AC催化剂的MFC电压基本保持稳定,证明了MnFe₂O₄/AC催化剂良好的循环稳定性.污水处理效果方面,MnFe₂O₄和AC物质的量比为1:3时处理效果最好,COD去除率达74.66%.因此,MnFe₂O₄/AC催化剂制备简单、价格低廉、电化学性能稳定,在提高MFC产电持久性方面具有实际意义.     

利用双室微生物燃料电池处理模拟废水的产电特性研究

本实验通过研究电池的启动过程、阳极有机物降解率和阴极Cu2+的去除率,评价了微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)的产电和处理废水性能.以模拟糖蜜废水作为阳极基质,模拟电镀废水作阴极电子受体,建立简单的双室微生物燃料电池.结果表明在外电阻为800Ω的情况下,电池得到最大电压417.00 mV,从极化曲线上获得最大输出功率密度44.17mW.m-2,内阻为293Ω.电池在第五周期时,COD去除率也达到最高47.31%.在第四周期内,Cu2+最大的去除率为59.76%.综上所述,MFC在处理有机废水和电镀废水方面具有可行性.     

Fe_3O_4-RGO为阴极催化剂的MFC处理苯酚废水研究

将Fe3O4沉积在还原石墨烯的表面成功制备了Fe3O4-RGO复合纳米材料。扫描电镜检测发现具有尖晶石结构的四氧化三铁均匀地附着在了还原石墨烯的表面。XRD衍射仪检测结果表明复合材料具有多相的结构。将Fe3O4-RGO复合纳米材料作为阴极催化剂用于单室MFC处理苯酚废水试验中,发现MFC的最大输出功率达到了0.283 W/m2,阴极内阻为151.2Ω,这表明Fe3O4-RGO复合纳米材料非常适合作为MFC的阴极催化剂。底物降解实验中发现苯酚和葡萄糖都可以作为MFC的底物进行发电,经过一定的延迟时间后均能够获得稳定的功率输出。同时,苯酚的浓度随着时间的延长逐步降低。     

不同阴极电子受体从生物燃料电池中发电的比较研究

以活性炭阳极双室生物燃料电池为基础,使用葡萄糖(COD为2000mg·L-1)作为底物,比较了铁氰化钾、过氧化氢、重铬酸钾和高锰酸钾分别作为生物燃料电池阴极电子受体时电池的开路电压和功率输出.结果表明,铁氰化钾、过氧化氢和重铬酸钾对应的开路电位分别为0.72V、0.33V和1.13V,均低于高锰酸钾的1.4lV.铁氰化钾和重铬酸钾对应的最大功率密度分别为4788mW·m-3和10951m W·m-3,相比之下高锰酸钾对应的最大功率达到了21912 mW·m-3.除过氧化氢外,3种氧化剂对应的电池内阻没有区别,均在2200Ω左右.当高锰酸钾浓度为200mg·L-1、pH为2.0时,开路电位高达1.44V,阴极电位达到1.38V,pH对电池电压输出的影响比高锰酸钾浓度更为显著.将高锰酸钾用于生物燃料电池从有机废水中发电不但可以极大提高系统的功率输出,还具有十分显著的经济和环境效益.     

载Pt石墨催化臭氧化降解水中草酸的研究

以石墨为催化剂载体,以H₂PtCl₆·6H₂O为贵金属活性组分前驱物,采用等体积浸渍法制备了Pt/石墨催化剂.对Pt/石墨催化臭氧化、石墨催化臭氧化以及单独臭氧氧化降解草酸的效果进行了研究.结果表明,在本实验条件下,单独臭氧氧化、石墨催化臭氧化和Pt/石墨催化臭氧化草酸的去除率分别为3.0%、47.6%和99.3%.Pt的负载可以显著地提高石墨催化臭氧化的效果.以草酸的去除效率为催化活性指标对Pt/石墨催化剂的制备条件进行了优化.结果表明,石墨载体的预处理没有提高Pt/石墨催化剂的活性.Pt/石墨催化剂最佳制备条件为：以水为溶剂,浸渍时间24　h,活性组分Pt的负载量为1.0%,氢还原温度为350℃.所制备催化剂经重复使用5次,草酸去除率仍超过90％.     

高浓度苯酚的MFC降解及产电性能

以铁氰化钾溶液作为电子受体,在阴阳两极室中分别填充石墨颗粒的基础上构建了填料型微生物燃料电池(Microbial Fuel cell,MFC),研究了苯酚为单一燃料和苯酚 葡萄糖为混合燃料条件下MFC的产电特性以及对苯酚和COD的去除效果.在1OOOΩ外电阻条件下,1000mg·L-1苯酚为单一燃料运行时,MFC在苯酚去除率达到约90%时输出电压达到最大值,最大输出电压为540mV,产电曲线存在单一极大值;以1000 mg·L-1苯酚 500 mg·L-1葡萄糖为混合燃料运行时,最大输出电压可达657mV,产电曲线存在2个峰值,第1峰值和第2峰值出现时对应的苯酚去除率分别约为20%和90%.混合燃料运行条件下,前后2个产电峰值出现时MFC的最大体积(面积)功率密度分别为28.3w·m-3(342.OmW·m-2)和12.6 w·m-3(152.2mW·m-2),内阻分别为194Ω和246Ω.在2种燃料情形下,MFC对苯酚和COD的去除率均可在60h之内分别达到95%和90%以上.试验结果表明,MFC能够利用高浓度苯酚作为燃料,在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能,这为酚类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的研究思路.     

辽河干流消落区沉积物重金属污染特征研究

通过测定辽河干流消落区10个断面中0~5cm、5~15cm、15~30cm深沉积物中重金属Pb、Cu、Zn、Cd含量,揭示消落区干－湿交替下沉积物重金属的污染特征.采用原子吸收分光光度计测定重金属含量,并采用地质累积指数与潜在生态危害指数评估重金属污染状况.结果表明,除Cd外,Cu、Zn与Pb的含量均值分别为31.4mg/kg、28.14mg/kg、43.75mg/kg,均低于中国土壤环境质量标准I级土壤标准;Cd含量均值1.438mg/kg,是中国土壤环境质量标准I级土壤标准的7.19倍,是辽河水系沉积物平均值的1.29倍,辽宁省土壤背景值的13.31倍,表明研究区Cd污染严重.地质累积指数评价表明,Pb、Cu、Zn的污染程度低于1级,Cd达2级中度污染以上,在通江口达3.92,为5级强污染;据潜在生态危害评价,达牛渡口上游干流潜在生态危害指数为强以上,通江口生态危害指数最高,且生态危害主要来源于Cd.相关性分析表明,Pb、Cu与Zn间相关性极显著,可能有相同的污染源,Cd有单独的污染源.     

四溴双酚-A和五溴酚对红鲫甲状腺激素和脱碘酶的影响

将红鲫(Carassius auratus)分别暴露于0.5mg·L-1四滇双酚-A(TBBPA)和0.1 mg·L-1五澳酚(PBP)中28 d,采用放射性免疫分析法和化学发光酶联免疫分析法检测红鲫的血清甲状腺激素水平和肝脏脱碘酶活性.结果显示,TBBPA能使红鲫血清TT4和TT3水平降低,rT3水平、肝脏脱碘酶ID2和ID3活性升高.PBP对红鲫甲状腺系统的干扰要小于TBBPA,它对红鲫血清TT3水平和ID2活性几乎没有影响.上述结果表明,TBBPA和PBP能够干扰红鲫体内甲状腺激素的稳态,加速甲状腺激素在肝脏内的转化和代谢;这可能是通过抑制甲状腺激素与运载蛋白的结合来实现的.     

油田采出水膜法处理技术应用研究进展

油田采出水的处理回用是一种必然的趋势.膜法处理技术可以解决传统水处理中存在的问题,有效地去除采出水中的油类、细菌、硬度,防止油层堵塞、结垢和外排水的环境污染,对于促进油气田可持续发展、水资源再利用和环境保护具有非常重要的意义.微滤、超滤和纳滤、反渗透膜技术在油田采出水处理中已有较多的应用研究.超滤在除油和除浊方面表现出...     

P对小麦Cd和As吸收与转运的影响

为了探究磷（P）对小麦幼苗镉（Cd）和砷（As）吸收转运生理机制的影响,通过水培试验,以百农207为供试材料,研究了Cd和As胁迫条件下,外源供P和缺P处理对小麦幼苗生长、根系形态、光合参数、抗氧化系统、离子含量和根茎转移系数的影响.结果表明,与缺P处理相比,外源P供应显著增加As胁迫下小麦幼苗叶绿素的含量,促进根系的生长发育,提高了生物量,而对Cd胁迫下小麦幼苗的生长影响不显著.外源P供应时显著增加了Cd胁迫条件下根系的P和Cd含量,降低了地上部的P和Cd含量;同时显著提高了As胁迫条件下地上部的P和As含量以及As向地上部的转移系数.因此,供P与否对小麦幼苗Cd和As毒害的影响表现出明显的差异性;As胁迫时,外源供P提高了As向地上部的转运能力以及根系的CAT活性,降低了As对小麦的毒害,从而促进了小麦幼苗生物量的累积;而在Cd胁迫条件下,P与Cd之间表现出一定的协同效应,外源供P在一定程度上加重了Cd对小麦的毒害效应.     

四氯乙烯胁迫对草鱼抗氧化酶活性的影响及其机理

研究了四氯乙烯(PCE)对草鱼的肝胰脏、肾脏和鳃组织的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的影响.结果表明:草鱼肝胰脏SOD活性,在PCE低浓度胁迫时其SOD活性“先升后降”[72h SOD是(6665.84±106.87)U/g·FW,168h SOD是(3021.26±16.96)U/g·FW],高浓度胁迫时“先降后升再降”[24h SOD是(2175.16±185.14)U/g·FW, 96h SOD是(5692.19±44.17)U/g·FW,168h SOD是(1297.70±11.52)U/g·FW];草鱼肾脏SOD活性在PCE所有浓度组胁迫均是“先降后升再降”的趋势;草鱼鳃组织SOD酶活性只有在PCE较低浓度短时间内没有显著变化,其它情况始终降低.在PCE低浓度和中等浓度胁迫时,草鱼肝胰脏POD活性始终降低,较低浓度和高浓度胁迫时肝胰脏POD活性“先降后升再降”;草鱼肾脏POD活性在PCE低浓度胁迫时“先升后降再升又降”的趋势,而高浓度胁迫时“先降后升又降”;PCE对草鱼鳃组织POD活性“先升后降”的趋势.但是草鱼鳃组织的SOD和POD活性明显低于肝胰脏和肾脏组织的SOD和POD活性.     

垃圾焚烧厂渗滤液处置工艺中溶解性有机物变化特性

采用“物化+生物处理+深度处理”组合工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液,探索组合工艺对渗滤液的实际去除效果,考察渗滤液中溶解性有机物(DOM)的组成及其结构特性随组合工艺的变化规律,并对其机理进行了初步探讨.结果表明,当进水COD和氨氮的平均值分别为17825,1946mg/L时,组合工艺对渗滤液中COD和氨氮去除率均达到99%左右,出水COD、氨氮、色度分别为57mg/L、5mg/L、15倍.组合工艺对渗滤液DOM中腐殖酸(HA)、富里酸(FA)和亲水性有机物(HyI)的去除率均达到99%左右,对HA、FA、HyI削减显著的工艺单元分别为混凝2、厌氧和颗粒活性炭(GAC),削减率分别达到86%、77%和84%.出水HA、FA和HyI的COD浓度分别为10,23,6mg/L,其中分子量较小的FA为出水主要组分.随着组合工艺处理过程的进行,渗滤液中DOM的紫外区吸光度值显著下降,DOM的E254、E253/E203分别由1.55、0.64下降至0.012和0.024,说明DOM的芳香性和复杂程度显著降低,脂肪链芳香化合物逐渐增加;此外,E300/E400和E465/E665分别由2.65和2.17增加至9.78和8.03,表明渗滤液中溶解性有机物腐殖化程度不断降低,芳香构化程度不断减小.     

DOM对纳滤膜去除磺胺甲恶唑效果影响研究

试验研究几种不同可溶性有机物(DOM)对纳滤膜(NF)去除抗生素磺胺甲恶唑(SMZ)的影响效果.试验所用DOM选定腐殖酸(HA)、单宁酸(TA)和海藻酸钠(SA).结果显示3种DOM对SMZ去除率和通量影响迥异,并与DOM的亲疏水性有密切的关系.为更好了解DOM对NF去除SMZ的影响机理,试验对臭氧化HA也进行了研究.臭氧化HA相对于臭氧前HA亲水性显著提高,对SMZ去除率的影响相应提高.结果表明在有多种DOM共同存在的天然原水中,SMZ的去除机理十分复杂,DOM的本身物理化学性质对于目标物的去除效果十分重要.     

氯氰菊酯对小鼠脑细胞的氧化损伤及维生素E的抗氧化作用

以昆明小鼠为受试动物,随机分为6组,包括1个阴性对照组、3个氯氰菊酯染毒组、1个维生素E组和1个高剂量氯氰菊酯加维生素E组,染毒组按10,20,40mg/kg 3个剂量水平,维生素E的剂量为100mg/kg,灌胃染毒小鼠7d.以脑组织匀浆测定活性氧(ROS)、还原型谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)的含量;以脑组织细胞测定DNA-蛋白质交联(DPC)系数.随着氯氰菊酯染毒剂量的升高,脑组织的ROS、MDA含量和DPC系数逐渐上升,GSH含量逐渐降低,各指标呈一定的剂量-效应关系.染毒剂量320mg/kg时,ROS含量(841.3±100.34)、GSH含量[(12.54±1.316)nmol/L]和DPC系数(0.054±0.004)有显著差异(P<0.05);染毒剂量340mg/kg时,GSH含量[(10.51±1.545)nmol/L]有显著差异(P<0.05),ROS含量(1014.3±81.67)、MDA含量[(2.849±0.218)μmol/L]和DPC系数(0.079±0.005)有极显著差异(P<0.01).高剂量染毒加维生素E组与高剂量染毒组相比较,脑组织的ROS、MDA含量和DPC系数均有下降,GSH含量上升.脑组织的ROS(719.5±74.56)、GSH[(16.52±1.985)nmol/L]和DPC系数(0.055±0.005)有显著差异(P<0.05),MDA含量[(1.662±0.265)μmol/L]有极显著差异(P<0.01).较高剂量(320mg/kg)的氯氰菊酯能造成小鼠脑组织的氧化损伤,维生素E有抗氧化作用.     

胞外聚合物和信号分子对厌氧氨氧化污泥活性的影响

为了探究胞外聚合物（EPS）对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的影响,分别向厌氧氨氧化颗粒污泥中投加30mg/L的总胞外聚合物（IN-EPS）,松散结合型胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）.结果表明,3种EPS均可提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性.对于添加了IN-EPS,LB-EPS和TB-EPS的实验组,厌氧氨氧化颗粒污泥的氨氮去除速率分别增加了6.68%,10.5%和19.29%,厌氧氨氧化菌的生长速率分别增加了18.25%,21%,16.3%.三维荧光光谱法分析发现3种EPS的组成基本相同,以芳香族蛋白质和可溶性微生物产物为主.对EPS中的高丝氨酸内酯类（AHLs）信号分子进行检测,发现EPS中含有3种信号分子,分别是C4-HSL,C6-HSL和C10-HSL,外源投加这3种AHLs到厌氧氨氧化颗粒污泥中,结果发现C4-HSL和C6-HSL可以提高厌氧氨氧化颗粒污泥的活性和生长速率,这是EPS可以提高厌氧氨氧化菌活性的原因.     

污泥掺烧过程中Cl/S/P/矿物质的热交互作用对Cd迁移转化行为的影响

采用化学热力学平衡分析方法,应用污泥实测数据模拟计算了污泥掺烧过程中Cl/S/P与矿物质的交互作用,重点模拟研究了Cl/S/P/矿物质交互体系对Cd迁移转化的影响.研究结果表明,污泥掺烧过程含Cl、S及P逸出气体以HCl(g)、SO_2(g)及(P_2O_5)_2(g)形式排放.污泥掺烧含有CaO-SiO_2-Al_2O_3体系中,CaO可以抑制S以SO_2(g)释放,而SiO_2及Al_2O_3对SO_2(g)逸出有促进作用,同时CaO及Al_2O_3可以抑制P的挥发.污泥掺烧过程中SiO_2及Al_2O_3对Cd挥发都有一定抑制作用,但CaO及Fe_2O_3对Cd基本无影响;当Cl存在时,Ti O2和SiO_2对Cd吸附作用减弱,并使Al_2O_3吸附剂失效;当S存在时,可导致吸附剂对Cd中毒,而P可导致Al_2O_3吸附剂失效;Cl-S-P耦合体系中,单一矿物质对Cd迁移转化影响主要受Cl和S控制.SiO_2+CaO+Al_2O_3共存体系中,Cl的存在可导致固体吸附剂SiO_2和Al_2O_3失效;S、S+Cl、S+P、S+Cl+P的存在受控元素为S,并且可以抑制Cd的挥发;P、Cl+P的存在对Cd影响受控元素为Cl,可促进Cd挥发.