氯自由基介导的BDD电极选择性氧化脱氮

为实现氨氮的高效选择性转化,设计了一个氯自由基介导的电化学体系。该电化学体系以稳定性好、氧化能力强的掺硼金刚石(BDD)电极为阳极,以Pd-Cu修饰的泡沫镍材料(Pd-Cu/NF)为阴极,以氯化钠为电解质,对BDD电极选择性电催化氧化性能与机理进行了研究。结果表明:在4.0 V电压下,体系中的Cl~-原位可转NO_3~-,副产物N_2;分别探究了阴极材料、电场强度、电极间距、溶液pH和电解质种类对氨氮转化性能的影响。通过电子顺磁共振和自由基捕获实验,证实了Cl·在氨氮转化过程中发挥了重要作用。在最优条件下,可实现40 min内100%的氨氮转化率和25 mg·L~(-1)的N_2生成量,以上研究结果可为解决水体中氨氮的污染问题提供参考。     

穿透式碳纳米管电极的制备及其高效降解水中抗生素的性能和机理

为实现水中四环素类抗生素的高效降解,本文设计开发了一种基于电活性碳纳米管(CNT)电极的穿透式电芬顿系统,采用水热法制得纳米铁和二硫化钼共修饰的CNT阴极材料(Fe-MoS₂@CNT),分析不同因素对电芬顿催化降解四环素性能的影响. 结果表明:基于改性CNT电极的穿透式电芬顿系统对四环素表现出良好的去除性能,电压和流速等对四环素的降解动力学具有显著影响. 该系统的最优试验条件:Fe掺杂量为0.3 mmol/L、外加电压为-2.5 V、流速为0.85 cm3/(min·cm2). 在最优试验条件下,反应60 min内四环素的降解率可达到95%,羟基自由基为主导的活性物种. 连续运行240 min后,该系统对四环素的降解率仍保持在85%以上,且在实际湖水环境水基质中对四环素降解率也可达到87.2%. 研究显示,Fe-MoS₂@CNT膜电极具有优异的催化性能及可重复利用性,可以高效降解水中四环素类抗生素.      

铁炭微电解强化水解酸化反应器高效处理聚乙烯醇废水

以聚乙烯醇(PVA)退浆废水为研究对象,构建了铁炭微电解强化厌氧生物处理的废水处理系统,对比研究了不同负荷条件下常规水解酸化反应器(R1,无铁炭材料)和铁炭耦合厌氧水解酸化反应器(R2,有铁炭材料)对PVA退浆废水的去除效果、颗粒污泥特性(胞外聚合物(EPS))、挥发性脂肪酸(VFAs)组成及微生物群落结构的差异。结果表明:R2出水平均COD去除率和平均PVA去除率分别稳定在86.8%和75.8%,均优于R1;添加铁炭材料可促进丙酸、丁酸转化成乙酸,提高了乙酸产量;R2颗粒污泥紧密黏附EPS(TB-EPS)、松散附着EPS(LB-EPS)含量较R1有所增加,颗粒污泥结构得到优化。高通量测序结果表明,添加铁炭对水解酸化菌群有显著影响,Propionibacteriaceae、Clostridium sensu stricto 12在PVA的降解中起重要作用。综合上述结果,铁炭微电解可有效强化水解酸化反应器对PVA退浆废水的处理效果,研究结果可为厌氧生物法处理PVA退浆废水提供参考。     

投加颗粒活性炭和二氧化锰对剩余污泥厌氧消化的影响

厌氧系统添加碳和金属纳米材料是强化厌氧消化的有效策略.为考察投加GAC和MnO₂对剩余污泥厌氧消化过程的影响,设置了空白组（R0）、GAC组（R1）、MnO₂组（R2）以及GAC/MnO₂组（R3）4组间歇实验,研究GAC和MnO₂的投加对剩余污泥厌氧消化效率、微生物活性和微生物群落结构的影响.结果表明,反应器运行28 d后,与R0相比,R1和R3的产CH₄速率分别提高了68.18%和51.35%,R2的产CH₄量降低了21.25%.GAC和MnO₂的单独或者混合投加,对厌氧发酵过程均有促进作用.Mn²⁺与剩余污泥释放的磷酸盐生成磷酸盐沉淀对厌氧代谢通道的阻塞作用,造成R2产CH₄效率变低.GAC优良导电性、吸附能力和MnO₂/Mn²⁺的催化作用是R3产CH₄效率增强的主要原因.正常代谢条件下,投加GAC、MnO₂和GAC/MnO₂均可以提高污泥厌氧消化系统微生物活性.微生物群落分析表明,GAC和MnO₂促进了产甲烷菌Methanobacterium和Methanosaeta的富集,强化了发酵细菌和产甲烷菌的种间电子传递,促进了剩余污泥厌氧发酵过程和CH₄的产生.     

Ag/AgCl改性碳纳米管薄膜连续流光催化去除水中亚甲基蓝

为了探究Ag/AgCl光催化薄膜在连续流状态下对有机污染物的光催化性能,采用连续沉积方法制备了Ag/AgCl改性碳纳米管(CNTs)薄膜,以亚甲基蓝为目标污染物,利用光化学过滤器对亚甲基蓝的光催化脱色效果进行了探究。结果表明,在900μW·cm-2光强下,Ag/AgCl-CNTs复合薄膜在连续流光催化体系中对10 mg·L-1的亚甲基蓝去除率可达90%,比传统序批式反应体系高出70%以上,说明连续流体系的对流传质效果明显优于序批式体系的扩散传质效果。同时,Ag/AgCl的沉积显著改善了CNTs薄膜的光催化脱色性能。在最佳实验条件下,Ag/AgCl改性后,复合薄膜的光催化脱色效果比CNTs薄膜提高了40%。Ag/AgCl-CNTs多功能复合薄膜体系具有光催化降解和膜分离以及减缓膜污染等多重特性。     

机器学习在碳基环境功能材料领域的应用研究进展

随着环境功能材料领域产生的数据量及其数据复杂性急剧增加,高成本、长周期的传统实验手段已无法迎合目前功能材料的发展趋势。近年来迅速发展的机器学习能对数据进行深入挖掘和解析,有望为此类问题提供有效的解决方案。机器学习具备效率高、精度高等优势,有效弥补了传统"试错"方式的不足。介绍了机器学习的基本工作原理和算法,从预测理化性质、辅助微观表征和指导新型材料合成3个方面简述了机器学习在环境碳基功能材料领域中的应用研究进展,分析了机器学习在该领域的问题与挑战,展望了机器学习方法在环境碳基功能材料领域的前景与发展趋势。