三维原子场全息作用矢量用于芳香类化合物的三维QSAR研究

采用新型的的三维原子场全息作用矢量(3D-HoVAIF)研究了200种芳香化合物的化学结构与其生物毒性的定量构效关系(QSAR).首先对芳香化合物进行了结构参数化表达,然后采用逐步回归(SMR)对变量进行筛选,建立了三维定量构效关系模型.其87个无氢键分子的模型和113个有氢键分子的模型的复相关系数和标准偏差分别为R2=0.801,SD=0.473和R2=0.929,SD=0.318.模型具有良好的稳定性和预测能力,证明了该三维原子场全息作用矢量在分子结构表征和生物毒性预测上的适用性.     

城市污水厂剩余污泥中腐殖酸化学组成与结构特征

采用元素分析、傅里叶红外光谱、固体~(13)C核磁共振以及三维荧光光谱技术,对不同污水处理厂剩余污泥中腐殖酸的化学组成和结构特征进行对比分析.结果表明,不同腐殖酸的化学组成极其相似,但在结构特征上存在明显差异.元素分析计算结果发现,不同腐殖酸的H/C、O/C和C/N的比值存在差异,说明其结构存在差异.荧光光谱显示各个腐殖酸均存在两个明显的特征峰.荧光指数表明各个腐殖酸均为生物源腐殖酸,与元素分析测得的H/C结论一致.傅里叶红外分析显示A厂腐殖酸的各个官能团吸收峰最大、即各个官能团含量最多,C厂含有最少的含氧官能团.13C-NMR结果表明,A厂腐殖酸含有最多的脂肪碳和芳香碳结构,而D厂腐殖酸与之相反.     

三维多孔生物炭吸附剂的制备及其对菲的吸附行为

以生活中常见的丝瓜络为原材料,在氮气保护和不同温度(600、700、800、900℃)的条件下热解制备了三维多孔丝瓜络生物炭(LSBC600、LSBC700、LSBC800、LSBC900)。表征了丝瓜络生物炭的理化性质,通过动力学吸附实验和等温线吸附实验研究了不同热解温度条件下制备的丝瓜络生物炭对菲的吸附动力学特征和吸附等温线特征,探讨了可能的吸附机理,评估三维多孔生物炭对菲的去除能力,为水生态系统保护和饮用水安全提供科学依据。结果表明,热解温度会影响生物炭的表面官能团组成,进而影响其芳香性。丝瓜络生物炭呈现多管束堆叠的三维多孔结构,随着热解温度的升高,挥发性物质减少,丝瓜络生物炭的表面变得粗糙,比表面积增大,芳香结构增加;LSBC900的比表面积达到了467 m²·g^-1。吸附动力学结果说明,丝瓜络生物炭对菲的吸附是复杂和多阶段的,主导吸附速率的是液膜扩散过程,其次是颗粒内扩散过程。在600-900℃范围内,随着热解温度的升高,丝瓜络生物炭对菲的平衡吸附量升高,吸附速率加快。吸附等温线结果说明,热解温度升高可以提高丝瓜络生物炭对菲的吸附容...     

分子结构在腐殖酸对菲吸附行为中的影响

用连续碱提取具有不同结构组成特征的腐殖酸级分,考察了分子结构在腐殖酸对菲吸附行为中的影响,结果表明：随着腐殖酸中元素碳、表观分子量以及脂肪碳含量的增加,腐殖酸对菲的吸附能力和吸附的非线性特征都呈增强趋势;相反,随着腐殖酸中元素氧和芳香碳含量的增加,腐殖酸对菲的吸附能力和吸附的非线性都逐渐减弱,这主要与结构中极性官能团所连位置有关．     

皇竹草生物炭的结构特征及对重金属吸附作用机制

本研究以皇竹草秸秆为生物质原料,在不同温度(400—700℃)下利用限氧热解法烧制一系列秸秆生物炭.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对所得生物炭样品进行分析,结果表明,500℃可使皇竹草秸秆生物炭充分热解,所得的生物炭晶体构成主要由半晶体结构涡轮层碳和一些矿物晶体组成,表面含有芳香类化合物、不饱和的醚类物质、无定形碳和C—C、C—O、C—OH等官能团.吸附实验表明,不同热解温度的皇竹草秸秆生物炭对混合重金属(Cr(Ⅵ)、Cu~(2+)、Cd~(2+))的吸附效果差异显著.在EDTA共存的条件下,皇竹草秸秆生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量远高于Cu~(2+)、Cd~(2+),其中500℃下热解得到的生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附量达1.525 mg·g-1,而对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附量约在0.05—0.15 mg·g-1.p H影响实验表明,在酸性条件(p H 1—4)下有利于Cr(Ⅵ)的吸附,其吸附量最高可达1.836 mg·g-1,在碱性条件(p H 9—13)下有利用于Cu~(2+)的去除,其吸附量最高可达0.836 mg·g-1.Cu~(2+)和Cd~(2+)在生物炭的吸附作用主要发生在C—C/C—H、C—O/C—OH等官能团上,重金属与生物炭中C—O官能团中的氧原子可能存在配位作用.     

碳数和官能团对直链易挥发化合物异味阈值的影响规律

以具有代表性的异味特征-异味阈值为研究对象,采用三点比较式臭袋法测定了醇类、醛类、酮类、酸类和硫醇类5个系列常见异味化合物的异味阈值,研究了异味阈值与碳链长度之间的关系,并以官能团疏水性参数量化表征官能团结构,研究了异味阈值与官能团类型之间的关系.研究发现,分子碳链长度和官能团类型都能影响异味阈值的大小,其中异味阈值与碳链长度关系为y=axb或lgy=cx+d(y:异味阈值,x:碳原子数);异味阈值与官能团疏水常数π参数关系为y=aebx或lgy=cx+d(y:异味阈值,x:官能团疏水性参数).所得模型能定量描述碳链长度和官能团类型对异味阈值的影响,为异味机理的进一步探索提供了有力支撑.此外,对异味阈值与上述两因素的多元线性拟合及残差分析结果表明,碳链长度和官能团类型能够影响化合物异味阈值,但二者并非异味阈值的完全决定因素,研究决定异味阈值的全面结构因素,需大量后续工作.     

裂解温度对稻秆与稻壳制备生物炭表面官能团的影响

以稻秆和稻壳为原料,在不同温度下(300、400、500、600、700℃)采用热裂解法制备生物炭,利用比表面积及孔径分析仪测定各生物炭比表面积,以傅里叶红外光谱图(FTIR)和Boehm滴定法分别定性和定量分析不同生物炭表面官能团的种类和数量,分析不同温度对不同原材料制备生物炭的表面官能团种类和数量的影响.结果表明,中、低温裂解条件(300、400、500℃)下,同温度稻壳生物炭(RC-H)比表面积显著高于稻秆生物炭(RC-S);高温裂解(600、700℃)条件下,同温度RC-S比表面积则更大.随裂解温度升高,两种原材料制备的生物炭比表面积均呈显著增大的趋势,其中稻秆在600℃下制备的RC-S比表面积最大,稻壳在700℃下制备的RC-H比表面积最大.FTIR分析结果显示,同一温度下两种材料制备的生物炭特征吸收峰基本相同,且表面基团种类大致相同,但RC-S较RC-H表面官能团更丰富,在热解过程中均形成了芳香环结构,且芳香化程度随裂解温度升高而增加.不同裂解温度下两种材料的生物炭表面官能团变化规律相似,主要表现为烷烃基随裂解温度升高而缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.Bohem滴定结果表明,各裂解温度下RC-S的表面官能团总量和碱性官能团数量均高于RC-H,而各裂解温度下RC-S的酸性官能团含量均小于RC-H.随裂解温度升高,两种材料制备生物炭的表面官能团变化规律相似,表现为表面官能团总量均减少,酸性官能团含量降低,碱性官能团含量增加.     

条浒苔与玉米秸秆热解特性及所制生物炭性质对比

为探讨沿海绿潮藻类浒苔的资源化利用潜力,应用热重-差示扫描量热技术(TG-DSC)对条浒苔(Enteromorpha compressa)和玉米(Zea mays)秸秆的热解特性及其在不同温度下制成的生物炭的性质进行对比。结果表明,条浒苔与玉米秸秆热解特性有较大差异,条浒苔热稳定性较差,热解反应温度低,制备相同热解温度的生物炭需热量较少。对2种材料所制备生物炭的性质分析表明,条浒苔基生物炭的w(碳)为33.47%~37.86%,仅为玉米秸秆基生物炭含量的49.07%~65.41%,其芳香化合程度、比表面积均低于相同热解温度下玉米秸秆基生物炭;但条浒苔基生物炭灰分和氮含量却远高于玉米秸秆基生物炭,分别是玉米秸秆基生物炭的3.83~4.53和6.39~30.33倍。     

不同温度生物炭酸化前后的表面特性及镉溶液吸附能力比较

以稻秆为原料,在不同温度(300,400,500,600,700℃)条件下采用限氧控温炭化制备生物炭,用HCl和HF对其进行酸化处理,利用傅立叶变换红外光谱仪、比表面积和孔径测定仪现代分析手段对生物炭酸化前后的表面官能团、比表面积、孔径等特性进行比较,分析制备温度和生物炭表面特性之间的关系,探究制备所需生物炭的最佳温度条件。通过生物炭酸化处理和镉吸附实验结果,研究酸可溶矿物在生物炭吸附镉的贡献及制备温度对生物炭吸附镉能力的影响,为生物炭吸附水体中重金属镉提供科学依据。傅里叶红外分析表明,不同温度生物炭表面官能团存在一定的差异,主要表现为随制备温度升高,烷烃基缺失,甲基-CH3和亚甲基-CH2逐渐消失,形成了芳香环且芳香化程度增加。生物炭酸化后无机矿物Si O2吸收峰逐渐消失,官能团种类并没有发生变化,不同官能团随制备温度变化规律仍与酸化前生物炭一致。表面积及孔径分析结果表明,生物炭孔结构主要为中孔,随着热解温度的升高,比表面积和总孔容有所增大,在600℃达到最大;平均孔径随着制备温度升高而变小。生物炭酸化处理可以显著增大生物炭比表面积,总孔容也有所增加。生物炭酸化后充分去除了矿物质,孔隙结构未发生变化,孔结构仍为中孔,微孔表面积减小。镉吸附实验表明生物炭对镉具有较强的吸附能力,不同温度条件下镉吸附率均高于75%,且随温度升高而上升。生物炭经酸化处理后,镉吸附能力显著下降,这说明生物炭中的酸可溶矿物质在镉溶液的吸附过程中有重要作用。     

水稻秸秆生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附特性

利用红外（FTIR）光谱、Boehm滴定、比表面积及微孔分析等方法对300℃、400℃、500℃、600℃下制备的水稻秸秆生物炭进行表征,分别记录为RC300、RC400、RC500和RC600,同时研究了4种生物炭在不同平衡时间、pH值、浓度下对Pb（Ⅱ）的吸附特征.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭表面含氧官能团...     

几种原料生物炭溶解性有机质(DOM)的光谱特征研究

溶解性有机质(DOM)在全球碳循环及污染物的迁移转化过程中起着重要作用,而光谱特征能快速识别DOM的主要来源和重要特征。研究针对几种原料(苹果枝、橘子枝、花生壳、水稻秸秆、玉米秸秆)在同一热解温度下制备的生物炭,采用紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱和傅里叶变换红外光谱相结合的方法对其释放的DOM光谱特征进行了研究。结果表明：秸秆类生物炭的溶解性有机碳(DOC)含量显著高于其他3种生物炭;紫外-可见光谱分析表明,5种生物炭DOM的芳香性组分含量均较少,腐殖化程度较低,亲水性组分占主导;三维荧光光谱分析表明,秸秆类生物炭DOM的荧光组分物质含量高于木质类和壳类,且各荧光组分含量占比中可溶性微生物降解产物和类胡敏酸比例最高;傅里叶变化红外光谱表明,5种生物炭DOM光谱特征相似,含有丰富的有机官能团(如羧基、酚羟基等)或半醌自由基等。     

热解温度对生物炭循环伏安曲线特性的影响

随着生物炭在农业和环境领域的应用逐渐增多,生物炭对环境中生物化学过程的影响也日益加深.本文利用循环伏安曲线,探究了不同热解温度下生物炭的电子传递方式.结果发现,在热解温度为400℃时,生物炭的电导率较低,而循环伏安曲线上存在明显的氧化还原峰,这表明生物炭的电子传递方式以官能团的氧化还原反应过程为主.随着热解温度升高,以含氧官能团为主的氧化还原活性物质含量降低,氧化还原峰的峰电流降低;同时,生物炭比表面积增大、导电性增强,循环伏安曲线形状逐渐变为梭形,响应电流也逐渐增大;这表明生物炭的电子传递方式逐渐转变为主要依靠生物炭导电性的方式.总之,循环伏安曲线可以定性地分析生物炭的电子传递方式,为探究生物炭不同电子传递方式对生物化学过程的影响提供了一定的研究基础.     

生物炭对土壤硝化反硝化微生物群落的影响研究进展

生物炭因具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团和无机矿物等特性,在控制农业面源污染和温室气体排放方面有着良好的应用前景.生物炭对氮循环微生物群落特征的影响是生物炭能否有效控制面源污染和改良土壤的核心问题.围绕生物炭对土壤氮循环微生物群落特征的影响,从生物炭的多元性、添加量和环境条件3个方面综述生物炭对土壤硝化和反硝化微生物的影响研究进展.高温热解生物炭对土壤氮循环微生物的积极作用要比低温热解生物炭效果好;生物炭原料来源、添加量对土壤氮循环微生物群落的影响存在较大差异;添加有机肥料要比常规化肥更能提高氮循环微生物碳源的利用能力及其活性;环境中的污染物如多环芳烃(PAHs)、酚类化合物(PHCs)和重金属等的存在不利于氮循环微生物的生存.随着分子生物技术的进步,未来应结合多种分子生态学技术和稳定同位素探针技术等手段研究生物炭对土壤氮循环微生物的影响机制,生物炭热解温度和添加量对土壤氮循环微生物的影响不容忽视,在长期的田间试验中应注意老化生物炭对污染物和氮循环微生物的影响.     

大气中痕量挥发性有机物的结构表征和保留时间的估计与预测

采用分子电性距离矢量（MEDV）表征大气中痕量挥发性有机物的分子结构,同时采用逐步回归结合统计检测对模型进行变量筛选,建立了大气中痕量挥发性有机物定量结构-色谱保留（QSRR）关系的8个变量和5个变量模型,两种QSRR模型的建模计算值复相关系数（R）分别为0.937和0.931;留一法（leave-one-out）交互校验复相关系数（RCV）分别为0.901和0.906,表明模型具有良好的估计能力与稳定性.     

氧氟沙星和诺氟沙星在磷酸改性生物炭上的等温吸附行为

本研究考察了不同制备温度下(200℃、350℃、500℃、650℃),磷酸改性前后生物炭的理化性质,及其对氧氟沙星(OFL)和诺氟沙星(NOR)的等温吸附行为.采用N2物理吸附、扫描电镜、热重及元素分析等表征,对离子型抗生素在磷酸改性的生物炭上的等温吸附行为进行了研究.结果表明,随着制备温度的增加,改性生物炭的总孔体积不断增大,孔隙结构广泛形成,比表面积急剧增加.磷酸改性有助于提高生物炭的产率以及保留生物炭的极性官能团.OFL和NOR在改性生物炭上的吸附显著高于原始生物炭,且350℃下制备的改性生物炭具有最大吸附量,其吸附机制归因于吸附剂的大比表面积和孔隙填充作用.由于孔隙的利用率降低和炭的疏水性增强,OFL和NOR在更高温度改性生物炭上的吸附量逐渐降低.因此,在处理以上两种污染物时,350℃可作为磷酸改性生物炭的最佳裂解温度,且有利于减少能耗,节约资源.     

玉米秸秆生物炭和碳骨架的制备及对农田土壤CO2排放的影响

为探明生物炭对黄土高原石灰性农田土壤CO_2排放的影响及机理,于400、600和800℃条件下制备玉米秸秆生物炭(BC),并采用热水浸提法制备碳骨架(BS)。在分析材料基本性质的基础上,将其分别按质量比1%和2%与土壤充分混匀,开展为期50 d的室内静态土壤培养实验。结果表明,随着热解温度的升高(从400℃上升到800℃),玉米秸秆生物炭和碳骨架的pH值和总碱性含氧官能团含量显著增加,而溶解性有机碳(DOC)含量、易氧化有机碳(ROC)含量和总酸性含氧官能团含量则显著降低(P0.05)。碳骨架DOC和ROC含量均显著低于同一热解温度条件下制得的生物炭(P0.05)。随着添加材料(生物炭或碳骨架)热解温度的升高,各处理CO_2累积排放量呈降低趋势,且添加生物炭处理的CO_2累积排放量高于添加碳骨架处理,尤其是BC-2%处理CO_2累积排放量显著高于BS-1%处理(P0.05)。在整个培养过程中,培养体系的DOC和ROC含量均呈降低趋势,但DOC含量降低幅度(87.90%～89.18%)大于ROC含量(19.29%～38.49%);培养过程中400、600和800℃处理DOC和ROC含量均呈BC-2%BC-1%/BS-2%BS-1%对照趋势。在添加生物炭或碳骨架处理中,与ROC含量相比,DOC含量对CO_2排放变化的解释程度更高,且达到显著水平(P0.01)。DOC和ROC含量均是影响黄土高原石灰性农田土壤CO_2排放的重要因素,但相比较而言,DOC含量的影响更加显著。     

饮用水中挥发性有机物结构与色谱保留时间的关系

将有机化合物分子中的非氢原子分为4类,将不同非氢原子自身及非氢原子之间的关系作为结构描述符,对部分饮用水中挥发性有机物分子结构进行了参数化表达.采用逐步回归(SMR)与偏最小二乘回归(PLS)相结合的方法构建了化合物结构与色谱保留时间(t_R)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R~2)为0.955,"留一法"交互检验的相关系数(Q~2)为0.894,标准偏差(SD)为0.803.结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于挥发性有机污染物QSRR研究具有一定的参考价值.     

精确三维光谱数据活性关系方法应用于ToxCast数据库中雌激素受体数据分类、验证和特征提取的建模策略

本文利用三维光谱数据活性关系方法(3D-SDAR)对ToxCast数据库中1 528种化合物的雌激素潜能(表示为18分复合高通量筛选生物测定)进行建模。由于缺少170核磁共振(NMR)仿真软件,信息量最大的碳-碳3D-SDAR指纹随着一些指标变量增强,这些指标变量包括来自羰基和酰胺的氧原子、酯基、磺酰、硝基、脂肪族羟基和酚羟基官能团。为了评价本文作者所开发模型的预测性能的真实性,美国环境保护署为研究人员提供了2 008种化合物组成一套盲测。其中,543种化合物有文献可查数据—他们的结合力有助于评估开发模型的外部分类精度：得到预测精度0.62,敏感度0.71,和特异度0.53的结果。与其他建模技术相比,本文作者开发的模型几乎没有简化建模集和预测集之间的性能。3D-SDAR映射技术可以识别拟雌激素活性所必需的结构特征：1) 存在一个酚的OH官能团或环己烯酮,2)与第一苯酚环上的氧距离6 ?到8 ?的第二芳香或酚环,3) 存在一个与苯酚环的几何中心距离大约6 ?的甲基官能团,4)一个靠近(距离几何中心～4?)某个苯酚环的羰基官能团。
精选自Svetoslav H. Slavov, Richard D. Beger. Rigorous 3-dimensional spectral data activity relationship approach modeling strategy for toxcast estrogen receptor data classification, validation, and feature extraction. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 36, Issue 3, pages 823–830, July 2017. DOI: 10.1002/etc.3578
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/etc.3578/full
     

洱海沉积物不同分子量溶解性有机氮空间分布及光谱特征

利用超滤技术对洱海沉积物溶解性有机氮(DON)进行分子量分级,探究了DON各组分空间分布特征,并运用紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱对其结构进行了表征.结果表明,洱海沉积物总DON含量ω(DON)为23.46—61.40 mg·kg-1,平均值为37.19 mg·kg-1,空间分布总体呈现南部>北部>中部的趋势;分子量大于1K Da的大分子组分ω(>1KDa)占ω(DON)的比例为79.1%—93.0%,即洱海沉积物DON是以大分子为主.沉积物DON各组分的芳香性及腐殖化程度较高,芳香环取代基中活性官能团种类较多,且南部芳香性及腐殖化程度最高,北部芳香环取代基种类最多;大分子组分DON含有类富里酸荧光物质,其来源于陆源输入和微生物降解共同作用.由此可见,洱海沉积物DON主要由大分子物质组成,其腐殖化程度较高且含类富里酸荧光物质,而此类DON对藻类的生物有效性较低,这可能是洱海沉积物氮含量较高而上覆水氮浓度较低的原因之一,即沉积物DON分子组成及其结构特征可在一定程度上作为湖泊营养水平的衡量指标.     

改性多孔碳微球的制备及去除水中四溴双酚A的性能

为提高多孔碳微球对TBBPA的去除性能,采用氮掺杂、H₂O₂氧化和球磨对多孔碳微球进行表面改性,运用比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外光谱（FT-IR）和X射线衍射仪（XPS）等方法表征改性前后多孔碳微球形貌、孔隙特征、官能团种类及含量和热稳定性等变化情况,通过吸附实验确定多孔碳微球的最佳改性方法,并探究吸附机理.结果表明,多孔碳微球、C-N、C-H₂O₂和C-球磨对TBBPA的最大吸附量分别为36.6、 43.1、 47.4、 58.35 mg·g^-1.吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir模型能够更好的描述多孔碳微球对TBBPA的吸附过程,主要为单分子层均匀化学吸附.其中C-球磨对TBBPA的吸附性能最佳,最大吸附量和吸附速率分别提高了1.6倍和2.9倍;球磨改性极大提高了碳材料的比表面积和含氧官能团,增加了吸附污染物的活性位点,强化了氢键和π-π电子供受体作用,且受pH和腐殖酸（HA）的影响较小,拓宽了环境适用范围.本研究以期为廉价碳材料去除有机污染物性能提供理论...