纳米TiO2催化燃烧固硫的实验研究

通过纳米TiO₂催化CaO燃烧后粉煤灰的成分分析和燃烧烟气中SO₂含量的测定确定固硫效果,探讨了纳米TiO₂添加量、Ca/S摩尔比、不同条件制备的纳米TiO₂及燃烧温度对分析纯CaO固硫的影响,比较了纳米TiO₂对不同煤种以及不同钙基固硫剂的固硫效果,并对反应产物进行了X射线衍射和扫描电镜分析.结果表明,纳米TiO₂与CaO共同作用时,纳米TiO₂最佳的添加量为8%;在Ca/S摩尔比为2、燃烧温度为850℃时纳米TiO₂催化分析纯和工业纯CaO固硫效率达87.8%和60.3%,比不添加纳米TiO₂时增加13.4%和29.6%.纳米TiO₂对不同煤种燃烧时CaO固硫有较好地催化作用,能够促进SO₂转化成SO₃的本征反应,同时增加煤灰的孔尺寸,促进二氧化硫的扩散从而提高CaO的固硫效果.     

硅藻土基纳米TiO2降解甲醛的实验研究

对比研究了硅藻土和硅藻土基纳米二氧化钛光催化剂对甲醛的吸附降解特点.通过改变反应器内甲醛的初始浓度、反应温度、光照强度和相对湿度,研究了涂覆量为62.5 g·m^-2的硅藻土基纳米TiO₂光催化剂对甲醛气体的降解效果.研究结果表明,硅藻土只对甲醛有一定的吸附作用,而硅藻土基纳米TiO₂对甲醛具有持续的吸附和降解作用.反应器内甲醛初始浓度越高,降解时间越长;初始浓度为6.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛气体,经过150 h降解率才能达到99%以上,而初始浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1和4.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛气体分别在14 h和32 h内就可以达到相同的降解率.反应温度越高,硅藻土基纳米TiO₂降解甲醛所需要时间越短;15 ℃时将初始浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛完全降解需要50 h,而45 ℃时仅需12 h.光照是硅藻土基纳米TiO₂降解甲醛的直接动力,光照强度为0时,甲醛几乎不能被降解,只被硅藻土基纳米TiO₂光催化剂吸附;在8100 lx的照度下,浓度为2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛在14 h内能被完全降解.环境相对湿度越大,该催化剂对甲醛的降解越彻底;相对湿度50%时, 硅藻土基纳米TiO₂光催化剂14 h内能将2.0×10^-3 mg·L^-1的甲醛降解到3.72×10^-5 mg·L^-1,在相对湿度80%时,甲醛能被降解到1.0×10^-5 mg·L^-1.     

煅烧结合光辐照提高纳米AgI/TiO2的可见光响应

为提高AgI/TiO₂的可见光响应能力,采用煅烧结合光辐照的工艺对其进行改性.紫外-可见光吸收分析表明,改性AgI/TiO₂的敏感光谱范围覆盖了整个可见区,吸收边带从465 nm红移至800 nm,在500 nm处的吸光度提高了近3倍.X-射线衍射分析结果指出,煅烧提高了金红石型TiO₂的相对含量,导致禁带宽度从2.89 eV降到2.81 eV,氙灯辐照进一步增加了锐钛型TiO₂、金红石型TiO₂和AgI的相对含量,并生成了新的晶体AgCl,使其禁带宽度又降至1.55 eV左右.AgCl的产生、AgI和金红石型TiO₂相对含量的增加是降低改性材料禁带宽度和增强可见光响应能力的主要原因.研究还表明,只有煅烧后的AgI/TiO₂才能通过光辐照来拓宽可见光敏感范围,而且,光辐照中起作用的主要是紫外光,可见光的作用甚小.研究最后提出将2种或2种以上的卤化银负载在纳米TiO₂上,更能有效地增强TiO₂的可见光响应能力.     

纳米TiO2吸附HgCl2水溶液中Hg(Ⅱ)

通过室内模拟实验研究了3种不同粒径TiO_2添加量、溶液pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等因素对模拟废水中Hg(Ⅱ)吸附效果的影响.由单因素研究可知最优条件为:5 nm TiO_2和100 nm TiO_2添加量分别为7.5 g·L~(-1)和2.0 g·L~(-1),其它条件相同,溶液pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度均为15 mg·L~(-1),吸附5 min,汞的去除率分别为99.5%和99.3%;25 nm TiO_2添加量为10 g·L~(-1),溶液pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为15 mg·L~(-1),吸附60 min时,汞的去除率为62.8%.3种粒径TiO_2吸附Hg(Ⅱ)强弱顺序为:100 nm TiO_25 nm TiO_225 nm TiO_2.分两次量吸附结果表明,5nm TiO_2分量吸附效果明显优于单独吸附效果;100 nm TiO_2的分量吸附与单独吸附差异不大.正交试验结果表明,影响Hg(Ⅱ)去除率的因素排序为:溶液pH初始Hg~(2+)浓度吸附时间TiO_2添加量.最优实验方案为:溶液pH=8.0,100 nm TiO_2添加量为2.0 g·L~(-1),初始Hg~(2+)浓度为25 mg·L~(-1),吸附10 min.在此实验条件下,Hg(Ⅱ)去除率为99.9%,吸附后溶液中Hg(Ⅱ)平衡浓度为0.033 mg·L~(-1)0.05mg·L~(-1),低于目前企业规定的水污染物中汞的排放限值,Hg(Ⅱ)的最大吸附量为26.95 mg·g~(-1).吸附等温线符合Langmuir等温方程,说明100 nm TiO_2对Hg(Ⅱ)的吸附是典型的单分子层吸附.     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO₂催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO₂热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO₂催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO₂表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO₂催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO₂催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

O3/TiO2催化氧化工艺对饮用水中AOC的影响

以陶粒、硅胶和沸石为载体,分别负载二氧化钛（TiO₂）进行臭氧催化氧化去除硝基苯的实验,并对饮用水中生物可同化有机碳（AOC）所代表的小分子有机物(酮、醛、醇和羧酸类物质)的生成情况进行了研究.发现臭氧催化氧化比单纯的臭氧氧化能更彻底地将部分大分子有机物氧化成小分子中间产物,陶粒、硅胶和沸石负载TiO₂ 3种催化剂分别将AOC从大约300　μg·L^-1增加到 674.1　μg·L^-1、847.2　μg·L^-1和882.1　μg·L^-1,并且分别使AOC/TOC从原水的4.68%升高到30.5%、33.21%和46.04%,大大地提高了水中有机物的可生物降解性.如果增加臭氧投量,催化氧化可使小分子有机物部分被氧化,致使水样AOC又略有回降.在这一过程中,AOC-NOX所代表的羧酸类物质急剧增加,达到总AOC的90％以上,取代AOC-P17成为了AOC的主体组成部分.     

不同粒径纳米TiO2对大型溞的毒性效应及腐殖酸的调控作用

为评估纳米TiO₂在环境水体中的暴露风险,选用大型溞作为模式生物,研究了不同粒径纳米TiO₂（20、40、60和100 nm）对大型溞毒性效应的影响,并探究了腐殖酸对不同粒径纳米TiO₂毒性效应的调控作用.结果表明,粒径是影响纳米TiO₂颗粒毒性效应的重要因素,以大型溞半数致死时间（LT₅₀）为指标,不同粒径纳米TiO₂对大型溞的毒性作用强弱顺序依次为：20 nm颗粒 > 40 nm颗粒 > 60 nm颗粒 > 100 nm颗粒（p<0.05）.腐殖酸的存在可以显著降低纳米TiO₂颗粒对大型溞的毒性作用,腐殖酸对小尺寸纳米TiO₂颗粒的毒性抑制作用更为明显（p<0.05）.大型溞体内ROS水平与抗氧化系统相关酶活分析表明,纳米TiO₂导致大型溞体内活性氧自由基（ROS）浓度升高是其产生毒性作用的重要原因,腐殖酸的存在可以显著降低大型溞体内由于纳米TiO₂暴露而引起的ROS浓度上升（p<0.05）,进而减轻纳米TiO₂对大型溞的毒性作用.此外,腐殖酸可以减小不同粒径纳米TiO₂之间的毒性差异.本研究结果可为纳米TiO₂在环境水体中的暴露风险评估提供参考依据.     

g-C3N4修饰的TiO2纳米阵列光电催化氧化去除氰化物

通过水热法制备了TiO_2纳米棒(TiO_2NRs)电极,然后通过液相生长法将石墨相氮化碳(g-C_3N_4)负载到TiO_2NRs电极上制备出TiO_2NRs/g-C_3N_4电极.电极的XRD和SEM表征结果表明,g-C_3N_4成功负载到了TiO_2NRs上.将TiO_2NRs/g-C_3N_4电极作为光阳极用于光电催化体系中,并于反应体系中不断曝入O_2,结果发现,与钛片相比,碳气凝胶(CA)电极作为阴极时,反应150 min后CN~-的去除率由13.4%提高到53.1%.与PC过程和EC过程相比,PEC过程对CN~-的去除效果最好.不同光阳极的对比表明,g-C_3N_4与TiO_2的复合可以大大提高阴极H_2O_2产量从而促进CN~-的去除.实验表明,外加偏压的增大可以提高体系中H_2O_2的产量从而增强CN~-的去除效果,CN~-的去除率随CN~-初始浓度的增大而减小.体系的稳定性实验表明,制备的TiO_2NRs/g-C_3N_4电极具有较好的稳定性.最后提出了通过碳气凝胶阴极利用光生电子原位产H_2O_2,强化了TiO_2NRs/g-C_3N_4复合电极作为光阳极对水中CN~-的去除效果的反应机理.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

不同晶型纳米TiO_2在斑马鱼体内的富集与清除

为探讨纳米材料的慢性生物效应以及材料结构对生物富集的影响,开展了A-TiO2(锐钛型纳米TiO2)和R-TiO2(金红石型纳米TiO2)在斑马鱼(Danio rerio)体内的长期富集和清除试验.采用半静态暴露试验,试验周期为46 d(暴露阶段28 d,清除阶段18 d),每种晶型设置2个处理组(ρ分别为4.0和10.0 mg/L),测定各时间点斑马鱼体内不同晶型纳米TiO2含量(以w计);以暴露阶段的BAF(生物富集系数)以及清除阶段的排出速率常数、总量清除率为终点,比较斑马鱼对2种晶型纳米TiO2的富集、清除的异同.结果表明:在暴露阶段,A-TiO2在斑马鱼体内的富集量显著高于R-TiO2,10.0 mg/L处理组斑马鱼体内富集量均显著高于4.0 mg/L处理组;4.0和10.0 mg/L的A-TiO2处理组的BAF分别为76.7和105.4 L/kg,略高于R-TiO2(41.6和36.1 L/kg),二者在斑马鱼体内均不具有生物蓄积性.在清除阶段,斑马鱼体内的2种晶型的纳米TiO2均可被排出,清除阶段的清除率为88.0%~100%;斑马鱼体内2种晶型纳米TiO2富集量的下降均符合一阶指数衰减方程,排出速率常数在0.26~1.01 d-1之间.     

纳米TiO2添加剂对DMDF发动机大负荷燃烧及PM排放影响的试验研究

在一台电控增压中冷四缸柴油机的进气道上加装一套电控喷射装置,使其运行柴油/甲醇双燃料(DMDF)模式.研究了甲醇中Ti O_2添加剂的添加量及同一添加剂添加量在不同甲醇分散系喷射量时对发动机大负荷工况的燃烧和颗粒物(PM)排放的影响.结果表明,在甲醇中添加适量(30和100 mg·kg~(-1))的纳米Ti O_2能够使爆发压力升高,对燃烧有一定的促进作用,但添加过量(100 mg·kg~(-1))会对燃烧产生不利影响.加入纳米Ti O_2后,干炭烟烟度排放和积聚态颗粒数明显降低,在添加剂添加量为1000 mg·kg~(-1)时,最大降幅分别达到26.8%和29.4%,而核态颗粒物排放变化不大.在相同添加剂添加量下,增加甲醇分散系替代率R_m会使放热始点后移,放热更加集中,爆发压力增大,干炭烟烟度和颗粒物排放均大幅度降低.在添加剂添加量为100 mg·kg~(-1)时,与R_m=10%相比,R_m=40%时爆发压力增加0.94 MPa,放热率峰值增加53.5%,烟度、核态颗粒数、积聚态颗粒数和颗粒物总数的降幅分别达66.9%、42.3%、67.0%和58.0%.     

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

H2O2和NO互作调控SO2诱导的胡杨细胞死亡

二氧化硫(SO_2)是一种常见的大气污染物,目前关于SO_2对木本植物的毒害作用及相关机制并不清楚.本文以木本植物胡杨的愈伤细胞为材料,研究SO_2衍生物对胡杨细胞的致死效应,以及过氧化氢(H_2O_2)与一氧化氮(NO)在SO_2诱导胡杨细胞死亡中的信号调节作用.研究发现:SO_2衍生物处理(1~5 mmol·L-1)可诱发胡杨细胞死亡,且SO_2衍生物浓度越大、处理时间越长,细胞死亡率越高.2 mmol·L-1SO_2衍生物处理胡杨细胞后,胞内H_2O_2和NO水平显著升高,且H_2O_2水平的升高先于NO.一定浓度的外源H_2O_2或NO供体SNP能够提高SO_2胁迫下胡杨细胞的死亡率;而使用H_2O_2清除剂CAT和ASA、NO清除剂c PTIO、NO合成抑制剂钨酸钠后,SO_2诱导的细胞死亡率明显降低.进一步实验发现,外源H_2O_2可以提高SO_2胁迫下胡杨细胞的硝酸还原酶(NR)活性,促进胞内NO产生;而利用CAT和ASA清除H_2O_2后,细胞NR活性和NO产生均受到明显抑制.此外,SO_2胁迫下,外源SNP能够抑制抗氧化酶(CAT和APX)活性,增加胡杨细胞内的H_2O_2水平,而一定浓度的c PTIO和钨酸钠均可提高CAT和APX活性,降低胞内H_2O_2水平.结果表明:SO_2胁迫下,胡杨细胞快速产生的H_2O_2能够激活硝酸还原酶活性,促进NO生成,同时NO能够通过抑制抗氧化酶活性而提高H_2O_2水平.H_2O_2与NO互作调控SO_2诱导的胡杨细胞死亡.     

关中盆地NO2和SO2对颗粒物污染的协同效应

基于WRF-Chem模式模拟了关中盆地2019年1月2—14日一次颗粒物污染事件,评估了NO_x和SO₂减排及其在颗粒物污染中的协同作用对PM_2.5污染的影响。敏感性实验结果表明：NO_x减排可使PM_2.5中硝酸盐含量下降,但大气中O₃浓度上升,大气氧化能力增强,其他二次组分上升,导致PM_2.5下降不明显;SO₂人为源减排可使硫酸盐质量浓度下降,但由于硫酸盐在PM_2.5中占比较低,当SO₂减排75%时,PM_2.5仅下降1.74%;当减排比例较高时,NO_x和SO₂同时减排更有利于颗粒物污染防治。PM_2.5质量浓度在NO_x和SO₂同时减排75%时比分开减排75%时多下降0.75%,主要是硫酸盐下降所致;对气溶胶含水量进行分析,发现NO_x<...     

金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态

为了探明14CO2(14C)在环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了金鱼藻对14CO2的吸收和积累动态,并探讨了金鱼藻作为监测大气14CO2污染指示植物的可能性.结果表明,生长在水中的金鱼藻会通过某些途径吸收空气中14CO2并形成积累趋势,吸收途径主要是金鱼藻通过光合作用从水体中吸收游离14CO2和H14CO3-.金鱼...     

基于ZrO2/TiO2催化H2O2氧化低温脱硝的实验研究

以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物ZrO_2进行改性,制备了一系列ZrO_2/TiO_2催化剂,以催化H_2O_2低温氧化NO脱硝,并采用X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温氧化(O_2-TPO)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振(EPR)等表征分析探究了影响H_2O_2脱硝活性的因素.表征结果表明ZrO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.在微观表征的基础上,通过实验研究筛选获得了催化剂的最佳ZrO_2负载量,同时对比考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;针对获取的最优催化剂,进一步考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响.实验结果表明,ZrO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且ZrO_2负载量为4%(质量分数)时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2及空速为30000 h~(-1)时,NO转化率最高可达81%.     

二氧化硫胁迫下拟南芥miRNA表达谱分析

以拟南芥为材料,利用高通量测序技术并结合生物信息学分析方法,检测二氧化硫(SO_2)处理后拟南芥植株的小分子RNA表达谱,筛选SO_2胁迫响应microRNAs(miRNAs)分子,研究植物miRNAs对逆境胁迫的应答机制.结果发现,30 mg·m~(-3) SO_2处理72 h后,拟南芥地上组织小分子RNA长度分布发生改变,在对照组和SO_2组中均有大量特有的小分子RNA序列,说明SO_2胁迫可诱导拟南芥小分子RNA的表达改变.SO_2胁迫诱导186个保守miRNA和16个新miRNA分子差异表达,其靶基因主要涉及转录调控、信号转导、代谢、刺激响应等生理过程.差异表达的miR160和miR393可通过生长素信号途径调控植株生长发育,参与植物对SO_2的胁迫响应.本研究揭示了植物中参与SO_2胁迫应答的miRNA种类及作用机制,进一步阐明了miRNAs在植物抗逆应答过程中的作用.