有机质和阳离子对氧化石墨烯团聚行为的影响

利用动态光散射技术分别考察了3种天然有机质（NOM）及其浓度和阳离子对纳米氧化石墨烯（GO）在水环境中团聚动力学的影响.无NOM存在时,GO团聚行为符合经典的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理论和舒尔采-哈迪准则.Na⁺溶液中,NOM显著增强GO稳定性,顺序为腐殖酸（HA） > 富里酸（FA） > 海藻酸钠（SA）,这主要是由于HA在GO之间产生了更强的空间位阻斥力.以HA为代表性有机质,2mg/L HA对GO在水溶液中的稳定性还受阳离子种类的影响：HA增强了GO在Na⁺和Mg²⁺溶液中的稳定性,然而对GO在Ca²⁺溶液中的稳定性几乎没有影响.提高HA浓度为5mg/L时：高浓度Mg²⁺溶液中,HA的盐析效应使得其未促进GO稳定性;Ca²⁺溶液中,HA与Ca²⁺发生了较强的桥联作用,使得HA促进了GO的团聚.     

氧化石墨烯对嗜热四膜虫的毒性效应

以嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）作为受试生物,考察了纳米材料氧化石墨烯（GO）对其细胞生长率、乙酰胆碱酯酶（AchE）和氧化应激酶活性、生物膜损伤及细胞凋亡的影响,以探究GO的毒性效应.结果表明,GO浓度高于32mg/L时显著抑制嗜热四膜虫的细胞增殖（P<0.05）,细胞存活率低于50%;在0~64mg/L实验范围内,随GO暴露浓度增加,细胞内活性氧自由基（ROS）和超氧化物歧化酶（SOD）水平呈先升后降的趋势,AchE活性受抑;GO抑制位于线粒体内膜的琥珀酸脱氢酶（SDH）活性,促进细胞质中乳酸脱氢酶（LDH）的释放;64mg/L GO导致四膜虫细胞出现明显凋亡现象.以上结果显示,中低浓度GO（0~8mg/L）暴露下,氧化应激机制对细胞毒性起主要贡献作用;高浓度GO（32和64mg/L）作用下,四膜虫凋亡现象的产生可能是GO抑制其生长作用导致的.     

生物接触氧化—电絮凝工艺处理垃圾渗滤液研究

为了探索高效垃圾渗滤液处理工艺,采用生物接触氧化—电絮凝工艺处理垃圾渗滤液。试验结果表明,生物接触氧化—电絮凝工艺适于处理COD<5000mg/L的垃圾渗滤液,最高容积负荷可达6.56kgCOD/(m3.d),对COD去除率最高可达84.63%,平均BOD去除率可达91.25%,对NH4-N去除率最高可达86.13%,处理后的垃圾渗滤液可达到国家垃圾渗滤液二级排放标准。处理费用估算为10元/m3。     

氧化石墨烯对淡水微藻生长及生物活性物质的影响

为掌握氧化石墨烯（GO）的水环境风险,以斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）和湖泊微拟球藻（Nannochloropsis limnetica）为研究对象,探究了GO对淡水微藻生长及其生物活性物质（碳水化合物、总蛋白质、总脂）的影响.结果表明,GO对2种微藻具有中等毒性,72h EC₅₀值分别为25.63和48.44mg/L.透射电镜（TEM）观察发现,GO纳米片层既能附着于藻细胞表面也能进入藻细胞内部,造成藻细胞超微结构明显变化,包括：质壁分离;叶绿体收缩;淀粉粒数量减少甚至消失.较低浓度（10mg/L）GO会促进微藻中光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素）合成;而较高浓度（100mg/L）GO暴露下,2种微藻的类胡萝卜素和斜生栅藻叶绿素a的含量显著降低.2种浓度的GO总体上刺激了藻细胞内生物活性物质的合成,这是污染胁迫下的一种主动防御机制;而较高浓度GO造成碳水化合物含量显著降低,可能原因是细胞中储能物质由淀粉向中性脂转化.     

氧化石墨烯的水环境行为及其生物毒性

氧化石墨烯是一类石墨烯衍生物,性质独特,应用广泛,生产量急剧增加,其环境风险日益引起关注.氧化石墨烯具有高亲水性和表面活性,在水中易分散,易随水流发生迁移转化,可能对水环境和水生生物造成不利影响.因此,明确氧化石墨烯的水环境行为及其生态效应,对于正确理解和评估其环境风险,合理规划其使用和回收具有重要意义.目前,该领域的研究涵盖了氧化石墨烯在水环境中的分散/团聚、吸附、还原、降解、沉积等行为,及对微生物、浮游动物、藻类和鱼类等水生生物的毒性表现.本文综述了相关研究成果,分析了当前研究面临的挑战并展望其研究前景.     

生物污泥对染料的吸附及胞外聚合物的作用

对比研究了4种生物污泥（包括活性污泥、厌氧污泥、干活性污泥、干厌氧污泥）对染料酸性湖蓝A的吸附,并考察了胞外聚合物（EPS）以及外层溶解性胞外聚合物（SEPS）和内层固着性胞外聚合物（BEPS）在此过程中所起的作用．结果表明,4种污泥吸附量与染料平衡浓度之间均既符合Freundlich模型（R²为0.921～0.995）,又符合Langmuir模型（R²为0.958～0.993）,但不符合BET模型（R²为0.07～0.863）．干厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附性能最好,干活性污泥的吸附性能最差．从Langmuir等温方程来看,干厌氧污泥的最大吸附量最高,为104 mg/g,其次为厌氧污泥的吸附（86 mg/g）、活性污泥（65 mg/g）,干活性污泥的最大吸附量最低,仅为20 mg/g．EPS的吸附量占整个活性污泥和厌氧污泥的吸附量的比例均大于50%,活性污泥和厌氧污泥对染料酸性湖蓝A的吸附主要是EPS的吸附所贡献. 厌氧污泥吸附染料酸性湖蓝A时, BEPS起主要作用; 而活性污泥吸附时,SEPS起主要作用.对2种污泥而言,SEPS的单位质量吸附量均远大于BEPS的单位质量吸附量, 活性污泥平均为52倍, 厌氧污泥为10倍. 厌氧污泥BEPS的吸附用Langmuir模型拟合,效果最好（R²为0.998 6）．     

胞外聚合物、Ca2+及pH值对生物絮凝作用的影响

应用阳离子交换树脂从活性污泥中提取了胞外聚合物(EPS),考察了EPS、Ca2 及pH值对生物絮凝作用的影响.结果表明,当pH≥7.5, EPS≥70mg/L,[Ca2 ]≥300mg/L时,有利于生物絮体的形成.通过正交试验,得出pH值、EPS和[Ca2 ]对生物絮体形成综合影响的回归方程: h浊度= -901.70 97.35pH 1.96[Ca2 ] 9.08EPS-0.11pH[Ca2 ]-0.91pHEPS-0.02[Ca2 ]EPS 0.0021pH[Ca2 ]EPS.回归分析表明,pH值对生物絮体形成影响最显著,其次是EPS和Ca2 .     

氧化石墨烯改性污泥基生物炭对培氟沙星的去除机理研究

为获得培氟沙星废水高效去除的环境友好型吸附剂,以城市剩余污泥为原料制备了SBC（污泥基生物炭）,并采用氧化石墨烯（GO）对其改性得到GO-SBC（氧化石墨烯改性生物炭）,利用SEM和FTIR对其进行表征,通过静态吸附试验探讨了生物炭对培氟沙星的去除效果,并通过吸附模型和FTIR、XPS表征技术进一步探究了GO-SBC对培氟沙星的吸附机理.结果表明:①改性后的GO-SBC表面更加粗糙,生物炭表面含氧官能团数量增加.②动力学吸附研究表明,GO-SBC对培氟沙星的最大吸附容量为137.51 mg/g,比SBC对培氟沙星的吸附容量提高了40.32%,且GO-SBC对培氟沙星的吸附更符合伪二级动力学模型,表明吸附过程主要以化学吸附为主.③GO-SBC对培氟沙星的吸附符合Freundlich等温吸附模型,表明该吸附过程为多层吸附.④热力学研究表明,吸附过程为自发吸热反应.⑤GO-SBC对培氟沙星的吸附机制主要有两种作用,一种是π-π相互作用,另一种是GO-SBC的N—H与培氟沙星的C—H相互作用.研究显示,GO-SBC是一种高效去除培氟沙星的吸附剂,这为城市剩余污泥的资源化利用提供了出路,也为抗生素废水治理提供了方法.      

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

膜生物反应器中贫营养条件下SMP的产出研究

文章为考察膜生物反应器微生物在贫营养条件下,溶解性微生物产物(SMP)的产出规律和特性,为优化MBR反应器的运行、延缓膜污染提供理论依据。对天津大学游泳馆MBR系统中的污泥混合液进行贫营养实验。研究表明贫营养条件下SMP产出可以分为两个阶段:EPS溶解产生SMP阶段和死亡细胞胞内物质溶出产生SMP阶段。伴随营养物质的匮乏,SMP中大分子物质所占比例显著增加,从第3天的20.2%(占TOC总量的比例),到第8天上升为39.2%,从而会加剧膜污染,并且不同阶段产生的SMP都可以刺激微生物提高对基质的降解速率,SMP浓度与污泥的比好氧速率呈正相关关系。     

Adsorption of VOCs on reduced graphene oxide

A modified Hummer's method was adopted for the synthesis of graphene oxide(GO) and reduced graphene oxide(rGO). It was revealed that the modified method is effective for the production of GO and rGO from graphite. Transmission electron microscopy(TEM) images of GO and rGO showed a sheet-like morphology. Because of the presence of oxygenated functional groups on the carbon surface, the interlayer spacing of the prepared GO was higher than that of rGO. The presence of \OH and C_O groups in the Fourier transform infrared spectra(FTIR) spectrum and G-mode and 2D-mode in Raman spectra confirmed the synthesis of GO and rGO. rGO(292.6 m~2/g) showed higher surface area than that of GO(236.4 m~2/g). The prepared rGO was used as an adsorbent for benzene and toluene(model pollutants of volatile organic compounds(VOCs)) under dynamic adsorption/desorption conditions. rGO showed higher adsorption capacity and breakthrough times than GO. The adsorption capacity of rGO for benzene and toluene was 276.4 and 304.4 mg/g, respectively.Desorption experiments showed that the spent rGO can be successfully regenerated by heating at 150.0°C. Its excellent adsorption/desorption performance for benzene and toluene makes rGO a potential adsorbent for VOC adsorption.     

氧化石墨烯电催化高效降解有机染料RBk5

电化学高级氧化技术是处理有机染料废水的有效技术方法之一,但其应用受传统贵金属电极成本高、易毒化失活等缺陷的限制.本研究采用廉价易得的石墨粉材料,制备氧化石墨烯（GO）催化剂,用于活性黑5（RBk5）染料废水的电催化氧化降解研究.利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱、拉曼光谱、循环伏安法和电化学阻抗谱分析材料的结构特性及电化学性能.结果显示,氧化石墨烯具有较高的电子迁移速率,良好的亲水性和电催化活性.不同的RBk5浓度、外加电流、电解质、初始pH值等条件对RBk5的降解效率也有一定程度的影响.其中,电解质因素对材料性能影响最为显著.在RBk5浓度为10mg/L、外加电流为20mA、反应时间为35min、电解质为NaCl的条件下,电催化降解效率可以达到100%.     

磁性氧化石墨烯制备及去除水中刚果红的研究

采用Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),采用化学共沉淀法把铁氧化物纳米粒子覆盖在GO上制成磁性氧化石墨烯(MGO),并把MGO用作吸附剂去除水中阴离子染料刚果红.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、Zeta电位仪和磁强计对MGO进行了表征.研究了吸附动力学,吸附等温线及初始pH值,离子强度对吸附的影响.考察了MGO对自来水中刚果红的去除效果.结果表明,GO具有片状的二维纳米结构,表面有许多的褶皱;当pH3.5,吸附剂表面带负电荷,等电点为3.5;MGO的饱和磁化强度为31.2emu/g,足够从水溶液中分离出来.刚果红的吸附符合准二级动力学模型,且在吸附时间为7h内基本达到吸附平衡.在超纯水中最大吸附容量高达140.6mg/g,且吸附量随pH值升高先增加再降低,当pH4~5达到最大值.MGO对自来水中刚果红的最大吸附容量为287.6 mg/g,为在超纯水中的2倍,表明MGO对刚果红具有很好的去除效果.     

磁性氧化石墨烯/壳聚糖制备及其对磺胺嘧啶吸附性能研究

采用一步溶剂热法制备磁性氧化石墨烯/壳聚糖三元复合材料(GO/CS/Fe_3O_4).复合材料的表征结果显示,GO/CS/Fe_3O_4含有丰富含氧官能团,氧化石墨烯片层上均匀负载四氧化三铁磁性粒子,分散到水中的磁性复合材料在外加磁场的作用下,具有良好的磁分离效果.选择磺胺嘧啶为目标污染物考察复合材料吸附性能.结果表明,吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在295、303、313 K温度下最大吸附量分别为53.30、60.56、79.23 mg·g~(-1),吸附热力学参数表明GO/CS/Fe_3O_4对磺胺嘧啶的吸附是以物理吸附为主的自发吸热反应.通过不同pH条件下吸附量和Zeta电位分析吸附机理,证明π-π电子共轭效应及静电吸附是复合材料吸附磺胺嘧啶过程中的主导作用力.     

桉树叶提取液还原石墨烯电极提高微生物燃料电池产电性能的研究

将桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯(G-rGO)电极和微生物还原氧化石墨烯(B-rGO)电极依次作为微生物燃料电池(MFC)阳极,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所制备的电极进行表征,并采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对比2种电极的电化学性能.结果发现,G-rGO阳极的内阻为243.87Ω,应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为18.77 W·m~(-3)和760 mV,对照组B-rGO电极的内阻为299.11Ω,将其应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为13.16 W·m~(-3)和635 mV,对照组未修饰阳极的内阻为375.21Ω,最大功率密度和最大输出电压分别为8.97 W·m~(-3)和480 mV.研究表明,G-rGO电极电阻更小,导电性能更优越.     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

氧化石墨烯和多环芳烃与肺表面活性物质间的相互作用

为阐明氧化石墨烯与多环芳烃这一复合污染体系与肺表面活性物质（PS）的作用,考察了各组分之间的作用方式及效应,并对作用机制进行分析.结果表明,PS及其组分对多环芳烃有增溶作用,增溶能力依次为萘 < 苊 < 苯并（a）蒽;氧化石墨烯对多环芳烃和PS有一定的吸附作用,且多环芳烃和PS存在竞争吸附,入肺后PS及其组分占据多环芳烃的吸附位点而负载于氧化石墨烯表面;多环芳烃在PS及其组分增溶作用下在氧化石墨烯表面解析,毒性增强;DPPC由竞争吸附产生的解析效果尤为显著,当苯并（a）蒽的加入量到0.6mg/L时,DPPC于GO上吸附量减少了28.92mg/g;同时,多环芳烃和PS均会促使氧化石墨烯团聚,粒径增大3倍以上;C=C键的增多和化学键转化产生的作用力影响了氧化石墨烯的稳定性.本研究为复合污染对肺的潜在毒性效应及肺风险评估提供了一定的理论支撑.