元素掺杂材料在电催化反硝化中的研究进展

电催化反硝化是处理硝酸盐废水技术之一。本文综述了电催化反硝化的最新研究进展，分析了电催化反硝化直接电子转移和原子氢(H^*)介导间接还原两种反应机理，总结了电催化反硝化的决速步是将NO₃^-还原为NO₂^-以及决定产物选择性的关键中间体是NO。在此基础上，总结了元素掺杂方法及其对电极材料催化活性中心和电催化反硝化反应路径的调控效应，提出了元素掺杂是提高电极材料催化活性、产物选择性和长期稳定性的有效手段。此外，还讨论了其他因素如水质特征、运行参数等对电催化反硝化效果的影响，明确了水中共存卤素离子如Cl^-和Br^-等可显著提高N₂选择性以及大多数电极材料在中性条件下还原效果最佳。面向日益增长的硝酸盐废水处理需求，指出了电能消耗高和实际废水水质成分复杂导致副反应多是限制电催化反硝化大规模应用的关键瓶颈。由此，展望了电催化反硝化技术研究未来需要针对多种实际废水的理化性质开展长期中试试验，除了提高还原速率和产物选择性外，还要重点关...     

黑锰矿催化氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物过程及影响因素

自然界中的锰氧化物常与铁氧化物交结伴生，其形成和转化过程相互影响. Mn(Ⅳ)氧化物与Fe(Ⅱ)反应过程已有较多研究，然而有氧环境中低价锰氧化物氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物的过程尚缺乏系统研究.本工作以黑锰矿为例，研究了开放体系中Fe(Ⅱ)在低价氧化锰矿物表面的氧化行为，分析了Fe(Ⅱ)浓度、溶解氧以及pH对Fe(Ⅲ)氧化物形成的影响.结果表明，黑锰矿在氧化Fe(Ⅱ)形成针铁矿和纤铁矿的同时，自身被部分还原释放Mn(Ⅱ).当反应体系pH值为3.0时，溶解氧氧化Fe(Ⅱ)作用弱，主要为黑锰矿氧化Fe(Ⅱ)并在其表面生成针铁矿.当反应体系pH值升高至5.0，黑锰矿催化加速了溶解氧对低浓度(<5.0 mmol·L^-1)Fe(Ⅱ)的氧化并生成水铁矿，随后转化成纤铁矿和针铁矿；Fe(Ⅱ)浓度升高(>5.0 mmol·L^-1)，反应初期Fe(Ⅱ)直接被黑锰矿氧化，形成了以针铁矿和少量纤铁矿组成的包覆层，并导致氧化速率减弱，而溶解氧在Fe(Ⅱ)后期氧化过程中发挥了主导作用.这些结果丰富了表生环境铁锰氧化物的形成与共生机理，为土壤矿物形成演化提供了...     

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。     

纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料协同微生物去除水中1,1,1-三氯乙烷

针对地下水1, 1, 1-三氯乙烷污染问题,通过溶液插层和液相还原法制备了纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料;采用扫描电镜观察、热重分析、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射分析等手段对复合材料进行了表征;研究了复合材料在厌氧条件下协同胞外呼吸菌(Shewanella oneidensis MR-1)去除水中1, 1, 1-三氯乙烷的效果;确定了材料的最佳使用条件;探讨了协同体系中污染物的去除机理。结果表明:复合材料中纳米零价铁和聚乳酸颗粒较为均匀地分散于生物炭表面;材料中生物炭、聚乳酸和纳米零价铁的最佳质量比为7∶1∶2,材料最佳投加量为1.0%,且其对不同浓度污染物均有明显去除效果;在最佳条件下,培养360 h后协同体系中1, 1, 1-三氯乙烷的最大去除率为94.61%;复合材料促进胞外呼吸菌的异化铁还原脱氯是协同体系去除污染物的主要机理。该铁基生物炭复合材料能够有效协同胞外呼吸菌提高水中1, 1, 1-三氯乙烷的去除率,且具有良好的缓释长效性。     

EVO(乳化油)-Mg (OH) 2双功能缓释剂强化修复三氯乙烯污染地下水

氯代烃污染地下水在外加有机质(电子供体)进行强化还原脱氯时,存在有机质消耗快、pH持续降低等影响脱氯效率的问题。利用乳化油(EVO)与胶体氢氧化镁复配的方法,制备了一种兼具电子供体缓释性和OH-缓释性的双功能缓释剂EVO-Mg(OH)_2;成功制备了不同EVO∶Mg(OH)_2配比的EVO-Mg(OH)_2试剂,并对其稳定性、分散性及粒径分布进行了研究;向模拟砂柱中注入不同体积的EVO-Mg(OH)_2,考察试剂的迁移性能以及试剂注入对三氯乙烯(TCE)迁移的影响;开展了EVO-Mg(OH)_2强化TCE还原脱氯摇瓶实验,考察了该试剂对脱氯效果的影响。结果表明:不同EVO∶Mg(OH)_2配比的试剂稳定性及分散性良好,粒径无明显差异;EVO-Mg(OH)_2可以有效地在多孔介质中迁移并实现部分滞留;注入量对EVO-Mg(OH)_2的迁移性有一定的影响;EVO-Mg(OH)_2可以促进TCE溶解和迁移从而减小EVO-Mg(OH)_2和TCE之间的传质阻力;EVO-Mg(OH)_2能够实现电子供体及OH-的双重缓释,有效促进脱氯微生物的生长,提高TCE的降解速率(k=0.128 d-1),同时抑制pH的降低(pH=7.5)。     

铬污染场地渣土混合物的化学还原修复

针对目前铬污染场地表层重污染铬渣混土难处理的问题,选用河南义马某铬盐厂铬渣堆场表层渣土混合物为研究对象,在分析其理化特性的基础上,研究CaS_4、FeSO_4·7H_2O和葡萄糖3种还原药剂对Cr(VI)的还原效率,通过改变药剂投加量、反应体系pH、反应时间等条件,优化修复工艺参数。结果表明,3种还原药剂对渣土混合物的最佳还原效率大小为CaS_4(98.50%)FeSO_4·7H_2O(72.21%)葡萄糖(51.45%)。CaS_4还原修复渣土混合物的最优工艺参数为:药剂投加量为还原反应理论当量的2倍,体系pH在3～9,反应时间0.5 h。     

改性海泡石处理水中低质量浓度NO3-的研究

实验制备酸洗及负载纳米零价铁的海泡石,进行改性海泡石吸附及还原水中低质量浓度NO~-_3的实验研究。结果表明,对于酸洗海泡石(PNS)吸附NO~-_3,吸附效果高于天然海泡石,Freundlich模型比Langmuir模型更好地拟合NO~-_3等温吸附曲线,吸附过程为物理吸附非自发过程,吸附为放热反应,温度升高不利于吸附进行;负载纳米零价铁的海泡石(PNS-nZVI)处理水中NO~-_3符合准一级反应动力学模型。在一定范围内,酸性条件下促进NO~-_3的去除,质量浓度越大去除效果越好,温度在30℃时去除率达到峰值,最佳条件下去除率可达到95.4%。PNS-nZVI还原NO~-_3是一个递进过程,初始阶段NO~-_3先转化成中间产物NO~-_2和部分NH~+_4,随着反应进行NO~-_2逐步转化成NH~+_4,NH~+_4在反应产物中所占比重最大。     

“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源，有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难，木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用，本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制，综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展，探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素，分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律，提出了新型催化剂和反应器的设计思路，展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明：单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减，醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留，酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解，半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。     

砷胁迫下石油烃降解菌的分离、鉴定及其降解特性

以湖北省某砷-石油烃复合污染场地的土壤为研究对象，分离纯化砷胁迫下石油烃降解菌，采用16S rDNA测序技术进行菌种鉴定，分析降解菌的生长特性与降解特征，验证降解菌对复合污染土壤的实际修复效果。结果表明：从耐As高效石油烃降解菌株系列中筛选出菌株JYZ-03,其鉴定结果为不动杆菌(Acinetobacter sp.);菌株JYZ-03最佳生长和降解条件为pH=7、温度30℃、盐度0.1%和初始接种量2%;此条件下菌株JYZ-03对石油烃的降解效率为84.05%,对石油烃各组分降解能力存在差异，难易程度表现为长链烷(C26—C38)>多环芳烃>支链烷烃>中长碳链烷烃(C11—C25),石油烃降解效果显著，具有较好的实际修复效果。该研究丰富了石油烃污染修复功能菌株库，可为复合污染场地修复提供更多选择。     

生物炭及其水溶组分促进水铁矿微生物还原

采用水稻秸秆在300,400和500℃热解温度下制备生物炭(BC),并从中提取生物炭水溶组分(DBC),结合微生物还原实验和傅里叶转换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射晶体衍射(XRD)、电子顺磁(EPR)等表征手段考察BC和DBC对Geobacter sulphurreducens PCA还原水铁矿的影响和作用机制.结果表明,400℃热解BC可使微生物异化铁还原的速率增加12倍,还原率最高,这是由于其含有最多的醌基、羧基基团,可以作为电子穿梭体促进电子转移.BC不能作为电子供体直接向微生物或水铁矿提供电子.DBC使水铁矿的长期微生物异化铁还原程度和初始还原速率分别增加了10倍和2倍以上.500℃热解DBC可以充当电子供体或者电子穿梭体,促进水铁矿的微生物还原,但是不能直接化学还原水铁矿.