利用PARAFAC及SOM研究不同来源及粒径胶体的三维荧光光谱特征

利用三维荧光光谱法(3D-EEM)结合平行因子分析(PARAFAC)和自组织神经网络分析(SOM),解析了不同来源水体中不同粒径胶体的荧光特性,同时与挑峰法进行比较,以期寻找一种更好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.基于PARAFAC模型,研究区水体中不同粒径胶体共解析出2个类腐殖质荧光峰(C1和C3)及3个类蛋白荧光峰(C2、C4和C5).其中,300 k Da~1μm分级胶体荧光强度最高,C1、C2、C3组分的荧光强度随粒径增大而增强,C4、C5组分的荧光强度随粒径增大而减弱.不同来源胶体(生活污水:进水和出水;农业污水:大盈和天恩桥;天然水体:吴淞口)的荧光强度变化大致规律为:吴淞口进水大盈天恩桥出水.SOM分析结果与PARAFAC一致,且可视化程度更高,但EEM-SOM模型存在输入变量多、兼具挑峰法缺点的问题.而PARAFAC-SOM模型不仅兼具了前两者的优点,还具有输入变量少、运行时间短、可靠性高等优点.同时,该模型还成功应用于胶体其他理化参数的分析(Parameters-SOM模型),使得前期工作结果系统性更强、更直观.因此,PARAFAC-SOM模型是相对较好的分析天然胶体来源、粒径、荧光特性间关系的方法.     

Cl-/PMS体系降解甲氧苄啶的效能与机理

采用氯离子（Cl^－）作为阴离子活化剂,活化单过硫酸氢钾（PMS）氧化降解甲氧苄啶（TMP）.研究了Cl^－/PMS体系降解TMP中起主要作用的活性物种,同时考察了Cl^－浓度、PMS投加量、初始pH值对降解效果的影响,并研根据中间产物推断了TMP降解路径.实验结果表明,Cl^－/PMS体系中的主要活性物种是Cl^－和PMS直接反应生成的活性氯.降解过程符合拟一级反应动力学模型（R²>0.99）;随着Cl^－浓度和PMS投加量增加,反应速率常数k_obs增大;初始pH范围在5.0~9.0范围内,随着pH值的增大,TMP的去除率先减小后增大;TMP主要经历了氯取代和羟基取代过程,其核心结构上没有实质性的分解.     

膜电解氢自养MBBR反应器深度转化水中高氯酸盐

建立膜电解电化学氢自养MBBR反应器（移动床生物膜反应器）用于去除水中高氯酸盐,微生物利用阴极电解产生的氢气将高氯酸根还原为氯离子,而后氯离子在阳极发生氧化析氯反应生成活性氯进一步提升出水水质,从而实现高氯酸根的深度转化.利用该反应器研究了高氯酸根的转化过程及相关影响因素,结果表明：进水ClO₄^-浓度为（4.98±0.091）mg/L,维持HRT（水力停留时间）为4h,施加电流由6mA增加至15mA,反应器对高氯酸根的去除率由（39.75±2.09）%增加至（98.99±0.05）%,总出水活性氯浓度由（0.057±0.003）mg/L增加至（0.070±0.002）mg/L,pH值稳定在7.96~8.11,浊度较低为（0.89±0.27）NTU.进一步增大施加电流（20mA）,导致阴极室溶液pH值超过9.5,进而影响微生物活性,去除率急剧下降至（30.75±1.19）%.利用扫描电子显微镜（SEM）观察反应器内微生物形貌,发现反应器内微生物均附着于填料表面,以短杆菌为主,增殖缓慢.运用高通量测序技术对接种及运行第24d的微生物群落结构展开分析.结果显示,反应器运行过程中,菌群多样性下降,Thauera菌属为主要的氢自养还原优势菌属,其丰度达到8.25%.     

MnO2催化O3处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

研究利用MnO₂催化O₃氧化技术对准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物进行处理.系统研究了臭氧投量、二氧化锰投量和初始pH值对有机物的去除效果和反应动力学.通过UV-Vis和3D-EEM技术对渗滤液尾水中溶解性有机物分子结构在O₃/MnO₂体系的转化进行了探究,在此基础上,运用XRD、SEM、EDS和XPS对二氧化锰的催化机理进行研究.结果表明：在反应时间为20min,O₃投量为18.92mg/min,初始pH值为3时,添加0.2g/L的MnO₂能显著提升有机污染物的去除能力,较单独O₃作用,其COD、UV₂₅₄、色度CN的去除率分别提升了24.66%、4.95%和12.57%,并且生色团的有机物最易被臭氧氧化降解.紫外-可见光谱和三维荧光显示,O₃/MnO₂体系能使废水中腐殖质降解,其有机物的芳香性程度、分子量和缩合度均降低,体系对苯环类化合物的降解效率提高,最终,废水的可生化性得到显著提高.与此同时,反应前后MnO₂未出现新增价态峰值的变化,Mn（Ⅳ）在催化过程中占主导地位,MnO₂在O₃/MnO₂体系中协同机理为MnO₂催化O₃产生羟基自由基以及MnO₂在体系中转化为水合二氧化锰,改变催化剂表面理化性质与有机物形成复合物,以此促进羟基自由基的选择性,从而提升了难降解有机物的去除效果.     

南京市大气PM2.5无机组分及对A549细胞的毒性效应

为研究不同来源的大气颗粒物中PM_2.5对人体的健康毒性效应,于2016年1-3月在南京市交通源区、化工园区、生活区等代表性站点分别采集PM_2.5样品,分析其水溶性离子和金属元素含量,并以PM_2.5对人体肺上皮细胞A549染毒24 h,研究暴露于不同来源颗粒物后的细胞活性和氧化损伤程度.结果表明:交通源区和化工园区日均ρ（PM_2.5）远高于生活区,3个区域均含有大量二次污染物,其中SO₄2-、NO₃-和NH₄+占PM_2.5总离子质量的80.6%~85.0%.交通源区PM_2.5中w（Zn）较高,主要来源于燃料燃烧和柴油发动机排放;而化工园区PM_2.5中w（Cu）、w（Pb）和w（Mn）均高于其他站点.将PM_2.5染毒剂量设定为50、100、200、400 μg/mL,各站点颗粒物均显著抑制A549细胞的存活率,并呈剂量-效应关系,化工园区对细胞存活率的半抑制浓度（IC₅₀=229.1 μg/mL）最低,而在高暴露浓度（200 μg/mL）下化工园区诱导产生的活性氧（ROS）最少.因此,南京地区主要受二次污染影响,机动车污染正在加剧;化工园区的颗粒物具有较大的细胞毒性,而较低的氧化损伤程度可能与该站点颗粒物中较低的w（Zn）以及测试暴露时间有关.      

微量元素锰对威氏海链藻生长及叶绿素荧光的影响

微藻和高等植物的光系统Ⅱ中的放氧复合体(oxygen-evolving complex,OEC)是裂解水与释放氧气、质子和电子的部位,其中水裂解的反应中心由4个锰原子组成的锰族构成.叶绿素荧光诱导动力学分析技术是研究光合作用特征的有效方法,可以指示不同环境压力下光系统各构件的变化.利用该技术研究了锰添加(0~9 000 nmol·L~(-1)Mn)对威氏海链藻(Conticribra weissflogii)生长及叶绿素荧光特性的影响.结果表明,除最高浓度锰(9 000 nmol·L~(-1)Mn)外,其余浓度锰对威氏海链藻生长的影响均不显著;锰对威氏海链藻叶绿素荧光参数的影响与锰添加的浓度范围有关,且随培养时间的增加而增强:其中,较低浓度锰(90 nmol·L~(-1)Mn)对各叶绿素荧光参数都呈现了强影响效果.尽管锰可能不是威氏海链藻生长的限制因子,但是锰从两方面促进了其光合作用:(1)促进光系统Ⅱ供体侧OEC结构的完整性和从OEC到电子传递中间体Tyr之间的电子传递;(2)促进光系统Ⅱ受体侧的能量转化和QA之后的电子传递.研究还发现,光合作用中与能量转化相关的荧光参数和活性氧(reactive oxygen species,ROS)之间呈显著相关(P 0. 01),表明锰在威氏海链藻光合作用过程及ROS的产生中都扮演着重要角色.     

活性化合物热稳定性预测技术研究进展

为了研究活性化合物热稳定性预测技术,调研了国内外活性化合物热稳定性预测技术的发展情况,综述了活性化合物起始放热温度、分解热、自加速分解温度的预测方法,着重介绍了定量结构-性质相关性（QSPR）研究方法在热稳定性预测领域的应用情况,分析了活性化合物热稳定性预测早期研究情况。基于量子力学计算的QSPR研究情况、QSPR数据样本的选取、分子描述符的选取、QSPR建模方法的选择,提出了热稳定性QSPR预测领域中存在的问题,并对热稳定性QSPR预测技术未来的发展方向进行了展望。     

一种高效测试污泥可生物降解性的实验方法研究

污泥的可生物降解性能由其有机组分的生物可及度和组分分子的复杂度共同决定。通过采用化学分级提取方法研究污泥组分的生物可及度,使用不同强度的提取溶液分离出4种化学可及度不同的提取组分,同时结合三维荧光光谱法对各组分中有机物质的复杂度进行分析。分析结果表明:组分的化学可及度与其生物可及度之间存在正相关关系;生物可及度较高,其成分有机物分子结构简单的组分SPOM(soluble particulate organic matter,SPOM)与REOM(readily extractible organic matter,REOM)在厌氧消化过程中降解率较高,分别为59.2%与46.3%的COD;而生物可及度低,组成复杂的组分SEOM(slowly extractible organic matter,SEOM)与PEOM(poorly extractible organic matter,PEOM)的生物降解率分别只有18.4%和5.8%的COD。     

氮添加对亚热带森林土壤有机碳氮组分的影响

为了研究氮添加对森林土壤有机碳氮组分稳定性的影响,选取我国亚热带典型常绿阔叶林(浙江桂天然林和罗浮栲天然林)和针叶林(杉木人工林),开展为期5年的野外模拟氮沉降试验,分别设置对照〔0 kg/(hm2·a),以NH₄NO₃中的N计,下同〕、低氮〔75 kg/(hm2·a)〕和高氮〔150 kg/(hm2·a)〕3个氮添加水平,用H₂SO₄分2步酸水解获得LPⅠ(活性有机库Ⅰ)、LPⅡ(活性有机库Ⅱ)和RP(惰性有机库),定量研究土壤活性和惰性有机碳氮组分以及微生物生物量碳氮对氮添加的响应. 结果表明:氮添加仅对w(LPⅡ-C)(LPⅡ-C为活性有机碳Ⅱ)有显著影响,而对其他活性和惰性有机碳氮组分的影响不显著,并且对不同林分的影响存在差异. 与对照处理相比,低氮处理下浙江桂天然林、罗浮栲天然林和杉木人工林土壤w(LPⅡ-C)的增幅分别为15.3%、29.8%、68.8%;高氮处理下杉木人工林土壤w(LPⅠ-C)(LPⅠ-C为活性有机碳Ⅰ)、w(LPⅠ-N)(LPⅠ-N为活性有机氮Ⅰ)和w(RP-C)(RP-C为惰性有机碳)的增幅分别为32.4%、78.6%、28.7%;氮添加使得土壤w(SMB-C)(土壤微生物生物量碳)的增幅为18.1%~202.5%、w(SMB-N)(土壤微生物生物量氮)的增幅为0%~103.6%;在氮添加处理下,除杉木人工林土壤SMB-N/LPⅠ-N〔w(SMB-N)/w(LPⅠ-N)〕是随着氮添加水平的增加而降低外,微生物对其他林分土壤活性有机氮的利用均表现为随着氮添加水平的增加而增加. 研究显示,氮添加对阔叶林和针叶林土壤活性和惰性有机碳氮组分的影响存在差异,但差异不显著,这与它们归还土壤的凋落物性质差异有关,并且凋落物的分解差异也可能是影响土壤不同碳氮组分变化的原因.      

北京市城市河流中精神活性物质的污染水平及环境风险

为评价北京市城市河流地表水体中5种精神活性物质〔METH(甲基苯丙胺)、AMP(苯丙胺)、KET(氯胺酮)、EPH(麻黄碱)和HA(羟亚胺)〕的环境风险,通过对固相萃取柱(Oasis HLB、Oasis MCX、Oasis WAX和Oasis PRiME HLB)类型、水样酸化、洗脱剂类型及体积等条件的确定,建立了同时测定水环境中精神活性物质的固相萃取-液相色谱-质谱(SPE-LC-MS/MS)联用方法,并对北京市城市河流地表水体中5种精神活性物质的质量浓度水平进行了调查,采用RQ(风险熵)法进行了风险评价. 结果表明,在水样未酸化条件下,Oasis MCX柱对精神活性物质的回收率最高,使用含5%(V/V)氨水的甲醇作为洗脱液,5种精神活性物质的回收率可以达到81.8%~91.1%. 地表水水体基质加标结果表明,5种精神活性物质的加标回收率均大于75.5%,相对标准偏差均小于10.0%. 方法检出限为0.30~0.80 ng/L,定量限为1.00~2.68 ng/L. 北京市7条城市河流中5种精神活性物质的质量浓度在1.00~99.51 ng/L之间. EPH在所有采样点均被检出且质量浓度较高,ρ(EPH)平均值为22.79 ng/L;ρ(AMP)相对较低,在1.54~11.23 ng/L之间,但AMP检出率为97.06%;ρ(METH)较高,平均值为14.63 ng/L,最高值(99.51 ng/L)出现在坝河. 研究显示,北京市地表水中5种精神活性物质的RQ均小于0.1,表明其可能的环境风险较低,但由于精神活性物质本身具有生物活性,它们对城市河流水生生态系统产生的潜在危害不容忽视.