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.     

微生物对砷的氧化还原竞争

滤池被广泛运用于饮用水厂中,前期研究发现某水厂生物滤池处理含砷地下水时,一方面三价砷可被生物氧化锰氧化为五价砷,另一方面滤池系统中存在的微生物砷还原酶可促使五价砷还原为三价砷,而滤池表面存在的这种微生物竞争关系会影响滤池的稳定性及处理效率.为探讨其内在机制,本研究选取1株锰氧化模式菌(Pseudomonas sp.QJX-1)和1株砷还原模式菌(Brevibacterium sp.LSJ-9),考察在Mn2+、As(As3+、As5+)共存时,两菌株对空间、营养物质以及对砷氧化/还原的竞争关系.结果表明,不同的反应时间,Mn、As质量浓度/价态不同,三价及五价砷体系中,Pseudomonas sp.QJX-1生成的锰氧化物在砷的氧化还原反应中占主导地位,即能迅速氧化本身存在的As3+(三价砷体系)和砷还原菌产生的As3+(五价砷体系),最终两体系中砷都主要以As5+的形式存在.PCR及RT-PCR结果表明,反应过程中锰氧化菌功能基因(cum A)抑制了砷还原酶(ars C)的表达,锰氧化菌16S rRNA表达量始终比砷还原菌高两个数量级,即锰氧化菌在生长竞争过程中占优势.实验结果表明滤池的水力停留时间是决定出水中砷价态的一个重要因素.     

牧民对气候变化的认知及应对措施——以镶黄旗为例

文章通过对镶黄旗60户牧户的调查访问,分析牧户对气候变化和极端气候灾害事件的认知和应对措施,结果显示:牧民对气温有较强的认知能力,而对于降雨和大风的认知与实际相悖;气候变化下牧户对草场情况和水资源状况等生态环境变化的认知来看,牧民对牧草产量、植物种类、土壤沙化、鼠虫害、地下水变化的认知比较明显;牧民对气候变化所采取的措施主要有政策措施、帮助措施和合作方式,而3种措施中牧民主要采取草畜平衡和春节休牧、畜种改良和防疫措施、邻里间的互助来应对气候变化。影响镶黄旗牧民的主要灾害天气主要是旱灾,占灾害天气的75%,从气候灾害事件影响方面的认知来看;气候灾害事件对畜、草、人的影响比较大,且影响程度为畜>草>人;牧民面对气候灾害事件主要采取处理牲畜、购买草料、走场、圈养、外出打工等5种应对措施。     

水热炭对水土环境中重金属铅的固持

以纯米糠为前体制备水热炭,通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和元素分析仪等手段表征其物理化学性质;研究时间、p H、Pb~(2+)初始浓度等因素对其吸附Pb~(2+)的影响,以及其对污染土壤中Pb存在形态的影响。结果表明,纯米糠水热炭表面呈现多孔和网状结构,且含有丰富的表面含氧官能团,对溶液中Pb~(2+)有很强的吸附作用,p H=5时吸附效果最好,吸附24 h基本达到平衡。当Pb~(2+)初始浓度为80 mg/L,水热炭投加量为0.75 g/L时,水热炭对Pb~(2+)的吸附量可达72.44 mg/g。将水热炭投加到Pb污染土壤中,能有效降低弱酸提取态Pb含量,提高残渣态Pb含量,使Pb向更加稳定的状态转化。     

改性豆饼生物质炭对铅的吸附特性

以豆饼为前驱体制备生物炭,并对其进行KOH刻蚀改性,利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、X-ray能谱仪(EDS)、多晶X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对豆饼生物炭(SYB)和改性豆饼生物炭(SYBK)进行表征,比较SYB和SYBK对Pb~(2+)的吸附性能,并研究时间、Pb~(2+)溶液初始浓度和pH对吸附效果的影响规律。结果表明,SYBK含有更丰富的官能团,且比表面积大大增加,SYB和SYBK对Pb~(2+)的等温吸附曲线均符合Langmuir吸附模型,SYBK对Pb~(2+)的实际最大吸附量达711.0 mg·g~(-1),明显高于SYB(293.0 mg·g~(-1))。对比SYB和SYBK的XRD谱图可知,吸附过程中SYB和SYBK表面形成了碱式碳酸铅沉淀,且吸附后溶液中含有大量矿物阳离子Ca~(2+)、Mg~(2+)等。上述结果可为高效吸附环境中Pb的生物炭的修饰或改性方法的研究提供参考。     

生物填料在重污染河道治理中的应用研究

将生物填料应用于城市重污染河道治理,研究了随时间的推移,填料垂直方向上生物膜的膜量、膜组成、膜活性变化规律以及生物填料对水质的改善效果.试验结果表明,该生物填料生物膜活性以比基质耗氧速率表示为0.153～0.174 mg/(g·h) .在挂膜进行到第40天、悬挂密度为24根/m2 时,对水质改善达到最佳效果,对TN、TP、COD、Chla、浊度的去除率分别为53%、35%、50%、5%、44%.     

缢蛏对潮间带原油污染的氧化应激及IBR评价

通过研究不同浓度原油污染对缢蛏(Sinonovacula constricta)鳃和内脏团抗氧化酶活性、脂质过氧化及鳃结构的影响,结合综合生物标志物响应(IBR),探讨潮间带原油污染对生物的毒性效应.结果显示:在剂量-效应方面,2种组织超氧化物歧化酶(SOD)活性和内脏团中谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)总体上表现为低浓度诱导、高浓度抑制效应;SOD诱导与过氧化氢酶(CAT)抑制同时出现,规律大致相反.在时间-效应上,SOD活性呈升高-降低-升高的趋势, CAT与GPx呈先降低后升高的趋势;谷胱甘肽硫转移酶(GST)在鳃中呈现先升高后降低的趋势,酶活性最高为371.663U/mgprot.暴露前期(6h)缢蛏2种组织中丙二醛(MDA)含量显著增加,鳃和内脏团中MDA含量最高值分别为5.030和10.705nmol/mgprot,后期逐渐平稳.IBR结果表明鳃中生物标志物对原油污染敏感度更高.原油暴露会使鳃丝结构发生变形或引起鳃丝脱离等现象.研究表明,缢蛏鳃更适宜作为潮间带原油暴露生物监测与评价的器官.     

微生物制剂净化富营养化湖泊的应用研究

采用经筛选、驯化的"土著"硝化细菌与腐植酸配制而成的复合型微生物制剂对富营养化湖泊水体进行生态修复净化试验,试验现场是在辽宁省鞍山市英泽湖拱桥北部圈定面积为40 m2、平均水深为1.5 m、体积为60 m3的水域内进行的。试验主要集中在湖泊藻类高发、富营养化严重的6、7、8三个月,每月投菌一次,并设未经处理的湖水为对照组。结果表明,该方法能够有效地降低富营养化湖泊水体中的浊度,提高水体溶解氧,消除恶臭,改善水质,英泽湖水体中的TN、TP、氨氮、COD及浊度等水质指标均有明显降低,下降率分别为77.8%、72.2%、94.2%、60.0%和85.6%,并且水生生物具有多样性,水体自净能力大大增强。该生态修复技术具有效果显著、投资省、操作简便、不造成二次污染等特点,对解决天然水体富营养化污染问题具有非常重要的意义和推广应用价值。     

嗜酸性细菌对废旧线路板浸出的吸附行为及动力学

探究嗜酸性细菌对废旧线路板浸出的吸附行为及其动力学模型是生物浸出机制研究的重要基础.本研究通过考察接种不同浓度氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)浸出线路板中铜的吸附行为,探索了菌体在线路板粉末表面的吸附过程,分析了其吸附行为的动力学特性.结果表明,A.ferrooxidans在线路板粉末表面的吸附均于5 h内达到平衡.随着初始菌浓度的增大,吸附速率和吸附的微生物量也随之增大.初始菌体浓度为2.4×105、2.4×107和2.4×109cells·m L-1时对应的最大吸附量分别为1.8701、2.3552和2.9833 mg·g-1,吸附的微生物量占总生物量的比例分别为43.75%、53.97%和55.94%,铜的浸出率分别达到71.20%、88.33%和95.05%.进一步的非线性拟合结果显示,一级动力学模型适用于A.ferrooxidans与线路板粉末的吸附行为,模型拟合度(R2)分别达到0.9321、0.9134和0.9193.     

淮南潘谢矿区岩溶水化学特征及其形成机制研究

淮南煤田深部煤层开采受其下部岩溶水害的干扰,分析其化学组分分布规律、探讨其形成过程,可为水害防治提供一定的理论指导。本文以淮南潘谢矿区太原组岩溶含水层为研究对象,通过分析其水文地质背景,采用多元统计、水化学组分、水文地球化学反向模拟等方法,对该区两个次一级水文地质单元的水化学组分进行分析。结果表明：受挤压-拉张作用下的古地貌是影响古地下水补、径、排的重要因素;Ⅰ区、Ⅱ区阴、阳离子均以Cl^-、Na⁺+K⁺为主,但Ⅱ区中HCO₃^-占比较大,且Ⅰ区SO₄^2-含量大于Ⅱ区;受局部开放的氧化环境影响,Ⅰ区主要以阳离子交换作用为主,存在黄铁矿氧化,而Ⅱ区以阳离子交换作用与黄铁矿的氧化为主,为还原环境,但逐步向部分氧化环境转变;长期的矿山开采活动使得区内岩溶地下水流系统发生持续改变,也是影响单元间岩溶水质产生差异性的重要因素。