中国生态环境科技创新体系建设研究

分析国内外生态环境科技创新的发展现状,相比较国外以市场机制为导向、以企业为创新主体、政府通过政策和管辖支撑创新的体系特征,我国已形成四大类环境类科创载体,但尚未形成成熟有效的技术成果产业化机制以及市场与政策协同促进科技创新的发展模式。本文根据生态环境科技创新的强政策驱动性、技术验证放大周期长以及集成性强的特点,重点通过环境技术研发、技术成果转化、技术放大与赋能、产业拓展与推广四个方面阐述了生态环境科技创新体系建设的主要环节：环境技术的研发由以科研机构为主的传统自发性研发、企业迭代性研发和联合应用型研发组成;技术成果的转化经历挖掘发现、技术识别与判断、知识产权评估评价后进入已成立的企业或新设公司,在这一过程中,成果转化专业队伍起着至关重要的作用;技术放大与赋能旨在为有创新技术的企业提供科技创新政策、二次研发中试验证、首台套工程案例、投融资等资源的对接,以协助初创企业成长;产业的拓展与推广则通过为解决环境问题形成集成方案、孵化平台为企业背书和产业政策匹配等方式助力企业长期发展。最后从加强专业化创新平台、技术评估体系、成果转化人才培养体系建设以及疏通投融资渠道等方面对中国未来生态环境科技创新发展提出相关建议。     

电化学开关表面活性剂对芘的可逆增溶作用

表面活性剂增强修复技术(SER)是目前行之有效的有机污染土壤修复技术,但SER技术存在表面活性剂与污染物分离困难、易导致二次污染、成本高等问题.基于此,提出采用具有电化学开关特性的表面活性剂(N,N-二甲基二茂铁甲基十二烷基溴化铵,Fc12)代替SER技术中的常规表面活性剂,发展基于开关表面活性剂的可逆增强修复技术(RSER).选取芘作为目标物,研究了Fc12在氧化和还原态对芘的增溶作用以及常见环境因素,如pH和温度对Fc12可逆增溶的影响.结果表明,相对于氧化态Fc12,还原态Fc12在其临界胶束浓度(CMC)以上时对芘表现出显著的增溶作用,且增溶能力随表面活性剂浓度增大而增强.温度对Fc12的增溶作用影响显著,例如,还原态Fc12在浓度为3 mmol·L~(-1)、25℃条件下时,芘的表观溶解度为0.779 mg·L~(-1),当温度增加到40℃时,芘的表观溶解度为0.971 mg·L~(-1),其表观溶解度增加了24.6%;但氧化态条件下,芘的表观溶解度仅增加了6.5%;芘的解吸率(芘在还原和氧化态Fc12的表观溶解度差值与还原态Fc12增溶芘的比值)由63.67%增加到71.27%.pH也显著影响Fc12的增溶,当pH值在6—10范围变化时,还原态Fc12的增溶作用呈现先增加后减小的趋势,且在pH 9附近增溶能力最强,而pH 8时芘的解吸果最好.     

不同光波长对类石墨相氮化碳催化降解莫西沙星的机理探究

使用一种简单煅烧三聚氰胺的方法制备了类石墨相氮化碳(g-C_3N_4),研究了不同光波长对g-C_3N_4催化降解盐酸莫西沙星的影响.通过高分辨透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对材料的形貌、晶型、元素组成进行表征,证实了g-C_3N_4的成功合成.此外,通过XPS-价带谱和紫外可见漫反射(UV-DRS)图谱得到所合成g-C_3N_4的带隙(E_g=2.81 eV)和价带(E_(VB)=2.49 eV).通过不同光波长(包括365、385、420、450、485、520、595、630 nm及可见光)下g-C_3N_4对莫西沙星的降解速率来评估光催化性能.结果表明,g-C_3N_4的光催化活性依赖于辐照波长,也即速率常数(k_1)随光波长的增大而降低.活性氧(ROS)淬灭实验表明,超氧自由基(·O~-_2)在莫西沙星的光催化降解中起主导作用.     

磷酸改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO3)复合材料对双酚A的吸附

本研究选取油菜秸秆为原料,在600℃下热解得到生物炭和磷酸改性生物炭,并用共沉淀法制备3种改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料.采用批量吸附法研究不同pH、吸附时间和不同生物炭/LDHs配比条件下复合材料对双酚A的吸附特性,借助XRD、FTIR和BET等测试手段探究了复合材料吸附双酚A的机制.结果表明,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的吸附平衡时间为4 h,符合准二级动力学方程(R~20.99);复合材料对双酚A的吸附效果稍逊于改性生物炭,改性生物炭在复合材料中所占比重越大,吸附效果越好.当pH值在5.0—9.0范围内变化时,改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料对双酚A的吸附量呈下降趋势,且在pH=9.0时达到最小值.等温吸附模型数据表明,复合材料用Freundlich等温吸附模型效果更好.通过XRD、BET、FTIR测试研究发现,由于LDHs占据了生物炭表面的活性位点,致使生物炭与双酚A之间的相互作用减弱,降低了复合物的吸附能力.本研究结果初步阐释了改性生物炭-LDHs(Mg-Al-NO_3)复合材料吸附双酚A的机理,为生物炭-LDHs复合材料处理水体中有机污染物的应用提供了借鉴和参考.     

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱测定大米粉中的硒形态

建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)测定大米粉中硒代胱氨酸(SeCys_2)、甲基-硒代半胱氨酸(MeSeCys)、亚硒酸根(Se(Ⅳ))、硒代蛋氨酸(SeMet)、硒酸根(Se(Ⅵ))等5种硒形态的分析方法.采用Hamilton PRP-X100分析柱,以pH 4和pH 6的20 mmol·L~(-1)的柠檬酸溶液辅以少量甲醇为流动相,在梯度洗脱条件下,9 min内可实现5种硒形态完全分离.SeCys_2、MeSeCys、Se(Ⅳ)、SeMet、Se(Ⅵ)的检出限分别为0.88、0.69、1.00、0.90、0.82μg·L~(-1).利用富硒小麦粉标准物质RM8436探讨了不同提取方式的提取效果.最终确定75 mmol·L~(-1) Tris-HCl(pH 7.5)添加XIV蛋白酶和Driselase酶作为提取剂,在37℃振荡提取3 h为大米样品前处理方法.利用该方法分析了富硒地区大米粉中的硒形态,结果表明,大米粉中的硒主要以有机硒形态为主,其中SeMet是最主要的硒形态,占总硒的90%左右.     

观赏性植物对土壤重金属的修复效果及其环境效应分析——以开封市菊花为例

为了解观赏性植物对土壤重金属污染的修复效果,以开封市5种菊花(金皇后、墨菊、孔雀草、粉旭桃、玛格丽特菊)为研究对象,分析菊花以及土壤样品中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)等5种重金属元素的含量,分析菊花对土壤重金属的富集、转移能力.采用单因子指数法、内梅罗综合指数法评价土壤环境质量,并采用模糊综合评价法进一步分析菊花带来的环境效益.结果表明,土壤中5种重金属的含量由大到小为:Zn Pb Cu Cr Cd,土壤重金属为轻度污染,且Cd对综合指数贡献最大;富集能力方面,所选菊花对5种重金属均能够富集;转移能力方面,金皇后的能力最强,其由强到弱的排序为Cr Cd Pb Zn Cu;环境效益分析,以开封菊花为例,2016—2018年开封菊花日滞尘量、日释氧量、日固碳量随着菊花的增多而增强.     

小飞蓬入侵对伊犁河谷草原土壤养分及活性有机碳组分的影响

因小飞蓬繁殖能力强,传播速度快,其入侵后排挤本土植物以较快的速度形成重度入侵群落,对草原生态系统的种类组成和群落结构产生影响.本文以伊犁河谷托乎拉苏草原内自然分布的猪毛蒿和糙叶矢车菊土著植物群落、混有少量小飞蓬的猪毛蒿和糙叶矢车菊轻度入侵群落、猪毛蒿糙叶矢车菊和小飞蓬中度入侵群落、小飞蓬重度入侵群落的4个群落为研究对象,采用样地实验的方法,研究小飞蓬入侵对土壤氮、磷、钾无机养分和活性有机碳组分变化的影响.研究表明,小飞蓬入侵后提高了土壤有机质含量.轻度入侵群落对土壤无机养分需求较大,明显降低土壤速效氮、速效磷、速效钾、硝态氮、铵态氮含量;随着入侵程度加深,逐渐恢复且均高于土著群落含量,其中速效氮含量增加不明显,重度入侵群落在0—10 cm、10—20 cm土层仍处于降低趋势.小飞蓬的入侵对于土壤活性有机碳组分影响较大.轻度入侵时降低土壤微生物活性、阻碍易氧化有机碳的积累,可溶性有机碳含量上升;小飞蓬重度入侵时对微生物量碳、易氧化有机碳含量的影响降低,并促进土壤微生物活性.     

吹扫捕集/气相色谱-原子荧光光度法测定土壤和沉积物中烷基汞

本文将原子荧光光谱检测技术与吹扫捕集/气相色谱检测技术联用,结合优化的碱性法消解前处理技术,建立了碱性法消解-吹扫捕集/气相色谱-原子荧光光谱(PT-GC-AFS)联用技术测定土壤和沉积物中烷基汞含量的方法,能够在一次分析中同时获得样品中甲基汞和乙基汞的含量.本文分别用酸性法和碱性法处理了沉积物标准样品ERM-CC580、沉积物实际样品和土壤实际样品,重点比较了本方法提出的碱性法消解和使用率较高的酸性法消解两种前处理方式.采用本方法处理实际样品进行了色谱分离研究,对低浓度的实际土壤样品进行了检出限实验,用3种不同浓度的沉积物和3种不同浓度的土壤样品验证了精密度,对沉积物标准参考物质ERM-CC580进行了测定,并用两种实际土壤样品和两种实际沉积物样品进行了加标回收率试验.实验表明,碱性法消解精密度和准确度优于酸性法消解,且步骤少、耗时短,使用的试剂种类少、毒性小,方法稳定性高、可操作性强,适用于分析测试实验室大量土壤/沉积物样品的烷基汞测定.采用碱性法消解土壤/沉积物样品,目标物实现完全分离,甲基汞、乙基汞的线性相关系数分别为0.9999、1.0000,最低检出限分别为0.02μg·kg~(-1)、0.10μg·kg~(-1)(取样量为0.50 g),样品分析甲基汞、乙基汞的RSD范围分别为1.0%—4.7%、2.5%—6.0%,加标回收率范围分别为85.1%—109%、90.3%—96.3%.     

CWPO体系中污泥炭催化降解头孢氨苄废水

通过加入正丁醇以共沸蒸馏法对剩余污泥进行脱水,再对污泥进行干燥、焙烧和改性得到污泥炭催化剂.将污泥炭催化剂用于催化湿式过氧化氢氧化体系,处理头孢氨苄废水.采用响应面法中的中心组合设计实验,考察反应温度、初始pH和过氧化氢投加量对TOC降解率的影响,反应温度和过氧化氢投加量具有显著交互作用.在最佳实验条件下(T=50℃、pH=3.00、H_2O_2=0.071 mol·L~(-1)),TOC去除率为59%,接近预测的TOC去除率(60%),在95%的置信区间内,说明该模型可靠.SEM、TEM、TPD-MS、XPS和FT-IR等分析结果表明污泥炭表面存在纳米尺寸片状结构,这种结构中存在酚羟基、羰基、羧基等活性官能团和醌类结构,且ICP-OES、EDAX和~(57)Fe穆斯堡尔谱等分析结果表明,污泥炭中含有不同价态的Fe,能有效地催化过氧化氢分解,将头孢氨苄转化为苯甲酸、丁二酮等小分子物质,再进一步完全氧化.