三维Pd/OMC粒子电极体系电催化泛影酸盐还原脱碘研究

以泛影酸盐(DTZ)的高效还原脱碘为目标,通过硼氢化钠还原法制备钯负载有序介孔碳(Pd/OMC)作为粒子电极,以碳纤维(CFP)电极作为主阴极,建立了三维电极电催化还原体系.该体系在低阴极电位下(-0.6～-0.8 V)可实现电化学/感应电化学的耦合还原,其脱碘速率是单独阴极体系的2.38～3.65倍;在阴极电位高于析氢电位(-1.5 V)时,可实现电化学/感应电化学/化学催化加氢多还原过程协同去除碘代有机物,其反应速率为单独阴极体系的1.27～4.69倍.进一步研究了DTZ初始浓度、Pd/OMC投加量及Pd的负载量对DTZ还原去除的影响.电化学测试结果表明三维电化学体系具有良好的电子传递能力与电还原性能.利用自由基淬灭实验与ESR自由基捕获对活性还原物种分析,表明原子H~*在三维电化学还原脱碘过程中起重要作用.     

氢自养还原菌同步去除水中Cr(Ⅵ)和NO3-

本实验研究了序批式条件下Cr（Ⅵ）和NO₃^-浓度、pH值和H₂含量对于氢自养还原菌同步去除水中Cr（Ⅵ）和NO₃^-的性能及微生物群落的影响.结果表明：系统中存在氢气时,正常活性的氢自养还原菌可实现Cr（Ⅵ）的还原;Cr（Ⅵ）初始浓度不高于2000 μg/L时,Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率及氢自养还原菌的活性不会受到Cr（Ⅵ）初始浓度的影响;作为一种优先电子受体,NO₃^-会与Cr（Ⅵ）争夺电子,降低Cr（Ⅵ）的还原速率;氢自养还原菌同步还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的最佳pH值为7.0左右,酸性或碱性环境都会抑制Cr（Ⅵ）还原,且NO₂^-会随着pH值的升高逐渐积累;作为电子供体,H₂是还原Cr（Ⅵ）和NO₃^-的必要条件,但H₂足量后,过量提供H₂不能提高Cr（Ⅵ）和NO₃^-的还原速率.     

三种小分子对光电子还原铀的影响及机理研究

光电子具有较强的还原性,但在溶液中其还原性受到多种因素的影响。该研究通过在反应体系中添加不同的有机小分子并利用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、恒电位I-t曲线和红外光谱(FTIR)等方法考察小分子对光电子还原铀的影响及其作用机理。结果表明:CV分析证实在半导体矿物-U(Ⅵ)体系中U(Ⅵ)经历两步单电子还原为U(Ⅳ),扩散系数D_(Ⅵ)=1.9×10~(-8)cm~2/s。加入Na_3C_6H_5O_7、CH_3COONa、C_2H_5OH 3种小分子后溶液体系具有更高的电活性;随着小分子浓度不断增加,电子转移的能力先升高后降低;体系存在最优条件,即U(Ⅵ)与小分子的摩尔浓度为1∶1时,电子转移能力最强。相较于半导体矿物-U(Ⅵ)体系,3种小分子加入后其还原率分别提高了27.4%、16.4%、14.6%。EIS表明加入小分子的溶液体系具有更低的传荷内阻,更有利于电子的快速传递;I-t曲线证实还原过程中添加小分子可以加快U(Ⅵ)还原反应动力学速度;FTIR表明作用后603.34 cm~(-1)处有一U(Ⅳ)的较强吸收峰,表明光电子可将U(Ⅵ)还原成低价铀。研究结果表明通过加入合适的小分子可提高光电子对铀的还原效率。     

零价铝还原处理偶氮染料活性蓝222废水

为有效处理难生物降解的碱性偶氮染料废水,以典型偶氮染料RB222(活性蓝222)为处理对象,在碱性条件下直接采用零价铝进行还原处理,并系统评价了溶液pH、反应温度以及零价铝粉投加量等因素对偶氮染料分子降解效果的影响. 结果表明:随着pH从7.00增至12.00,脱色率从62.6%升至98.4%;零价铝粉投加量从5 g/L增至50 g/L,脱色率从90.8%升至98.8%. 零价铝还原处理偶氮染料最优条件:温度为60~80 ℃,零价铝粉投加量为10~25 g/L,体系pH为11. 在该条件下,经过2 h处理,脱色率超过99%,溶液可生化性〔ρ(BOD₅)/ρ(COD_Cr)〕从0.169升至0.386,易于后续生化处理. 电喷雾电离质谱(ESI-MS)和傅立叶变换红外线光谱分析仪(FTIR)分析表明,偶氮染料中—NN—(偶氮键)被破坏,还原产物中有苯胺类小分子. 根据试验结果推测偶氮染料的还原路径:水中的质子接受零价铝表面的电子生成活性氢,活性氢攻击—NN—,将偶氮化合物还原裂解成易于生物降解的苯胺类小分子物质. 通过处理江苏某地所取得的实际印染废水,废水的可生化性从0.126升至0.388,提高明显.      

FeⅡEDTA络合-Na2SO3还原吸收NO性能

为研究FeⅡEDTA络合-Na₂SO₃还原吸收NO性能,对制备参数〔pH、V(FeⅡEDTA)(FeⅡEDTA溶液用量)、初始c(FeⅡEDTA)、n(FeⅡ)∶n(EDTA)〕和操作条件〔温度、φ(O₂)、烟气流量、入口ρ(NO)〕及SO₃2-〔以c(Na₂SO₃)计〕进行了考察,并采用FT-IR(傅里叶红外光谱仪)和Raman(拉曼光谱仪)等表征手段对吸收体系进行表征.结果表明:①pH和初始c(FeⅡEDTA)对NO络合吸收量影响较显著,V(FeⅡEDTA)和n(FeⅡ)∶n(EDTA)次之.在pH为3～9的范围内,NO络合吸收量先增加后降低,pH为7时达到最大(0.502 mol/mol);初始c(FeⅡEDTA)由0.005 mol/L增至0.025 mol/L,NO络合吸收量随之增加了0.198 mol/mol.②温度和φ (O₂)的升高不利于NO吸收,当温度由30 ℃升至60 ℃、φ (O₂)从0%增至6%,NO络合吸收量却分别降低了71.69%、63.3%;此外,烟气流量和入口ρ (NO)的增加对NO络合吸收量也无显著影响.③SO₃2-的存在显著提高了FeⅡEDTA高效络合NO吸收时间.结合试验结果确定最佳反应条件:pH为7、V(FeⅡEDTA)为550 mL、初始c(FeⅡEDTA)为0.020 mol/L、n(FeⅡ)∶n(EDTA)为1∶1.0、温度为30 ℃、烟气流量为900 mL/min、无氧、c(Na₂SO₃)为0.20 mol/L,此时,NO络合吸收量为1.099 mol/mol,NO最大脱除率达到96.98%.研究显示,溶液中n(FeⅡEDTA)∶n(NO)对络合吸收NO起到主导作用,同时SO₃2-对FeⅡEDTA(NO)还原作用是促进NO吸收的重要机制.      

以SRB颗粒污泥为载体的硫酸盐型厌氧氨氧化的启动研究

采用复合式厌氧折流板反应器(HABR),研究先驯化硫酸盐还原菌(SRB)颗粒污泥、再以之为载体进行硫酸盐型厌氧氨氧化的启动,通过NH_4~+-N、SO_4~(2-)、COD等指标的变化探讨启动的效能。在7pH8.5、温度为(32±1)℃的条件下,采用低负荷启动方式,以CH_3COONa为有机碳源,通过逐步缩短HRT提高进水负荷来驯化培养硫酸盐还原菌颗粒污泥。结果表明,SO_4~(2-)与COD去除效果逐步达到稳定,最高去除率分别为86.2%和68.8%,S0全程积累并趋于稳定,经过60 d的驯化,SRB颗粒污泥平均粒径达到3 mm,硫酸盐还原反应启动成功。之后以驯化成熟的SRB颗粒污泥为载体,保持COD为50 mg/L,通过提高进水中NH+4-N和SO2-4负荷的方式启动硫酸盐型厌氧氨氧化。结果表明,NH_4~+-N和SO_4~(2-)去除效果逐步上升并稳定在50%以上,最高分别达到52.5%与53.7%。硫酸盐型厌氧氨氧化成功启动。     

大气汞均相和非均相化学反应过程研究进展

作为环境中汞传输的最重要通道,大气在汞的全球生物地球化学循环和传输扩散中起着极其关键的作用.大气环境成分复杂,汞在随大气环境传递过程中会经历复杂的化学反应,并导致不同形态之间相互转化,这也成为影响大气汞远距离传输尺度的关键因素.本文主要对大气汞在不同相界面之间的分配过程和主要影响因素(包括相界面的物理化学性质和外部环境条件等)进行了总结;对大气Hg0主要氧化反应过程(卤族元素氧化和O_3、OH·氧化)进行了阐述;对大气Hg~(2+)还原反应过程,尤其是光致还原反应等进行了梳理.如何综合运用野外监测分析和室内模拟等,利用微观分子表面分析等新技术明确大气汞均相、非均相反应过程,并将反应机理与大气汞传输过程模拟系统融合,将是未来大气汞研究的重要内容之一.     

重金属离子对微生物燃料电池产电性能的影响

构建双极室微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC),利用硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)处理模拟酸性矿山废水,考察5 mg/L重金属离子(Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)和Cr6+)对电池产电性能的影响。MFC阳极室有效体积为12 m L,电极材料为碳毡,连续进水,流速为1.9 m L/h,水力停留时间HRT为6.3 h。进水不添加重金属离子时,MFC电压能够升高到200 m V,最大功率密度为55.6 m W/m2(13.89 W/m3),COD平均去除率为57.6%;进水添加重金属离子混合液时,电压由最高180.9 m V降到最低34.7 m V,COD去除率由64.2%逐渐降为7.2%;停止添加重金属,电压逐渐升到400 m V,最大功率密度达222 m W/m2(55.56 W/m3),COD去除率逐渐上升至58.3%。分析认为,重金属离子对SRB菌活性产生抑制作用导致电压和COD去除率显著下降,但是,重金属离子沉淀修饰了MFC阳极,提高了电子的传递性能,MFC产电电压升高。     

Cu_xO(CuO-Cu_2O)纳米球催化剂制备及对CO_2电化学还原性能影响的研究

通过水热合成法制备Cu_xO(CuO-Cu2_O)纳米球催化剂,控制水热温度为180℃,合成时间为2h时,制备的催化活性最佳,CO_2还原的起峰电位可达-0.55V(vs.SHE),在-1.25V(vs.SHE)电位下的最大电流密度可达-20.5mA/cm~2。测试电容能达到800μF/cm~2,是同样的测试条件下的气体扩散电极(GDL)电容的4.7倍左右。SEM分析结果表明,其具有特殊的三维纳米球结构。BET分析结果表明,其比表面积达到约63.50m~2/g。Cu_xO180~(-2)/GDL电极的交换电流密度约为1.6×10~(-5)A/cm~2,高出同类研究的i0值(-10~(-10)A/cm~2)约5个数量级。     

玉米秸秆热复合预处理光合产氢研究

为解决因生物质秸秆降解能力差而导致秸秆转化为高品位能源的能量转化率低的问题,提出了生物质秸秆热复合预处理。采用单因素方法研究了常温静置、水浴加热、碱处理和热复合预处理4种方式的光合产氢效果及影响热复合预处理效果的因素。结果表明,热复合预处理的产氢效果最好,其产氢量和还原糖得率最大,其次是碱处理的体系,水浴加热随之,而常温静置预处理的产氢效果最差。对于玉米秸秆热复合预处理光合产氢,碱质量分数、水浴加热时间、秸秆颗粒度对产氢能力有不同程度的影响,其中碱质量分数0.75%~1%、水浴加热4 h、颗粒度80~96μm和超微粉碎的热复合预处理产氢效果较佳。