电催化-生物电化学耦合系统处理青霉素废水的机制

抗生素生产过程中产生大量含有残存抗生素的生产废水,传统的污水生物处理技术难以有效地处理此类高浓度抗生素废水.针对此问题,采用电催化-生物电化学耦合系统来处理含有典型的β-内酰胺类抗生素青霉素的废水,利用硼掺杂金刚石（boron-doped diamond,BDD）电催化电极对青霉素废水进行预处理,其出水进入生物电化学系统（bioelectrochemical system,BES）进行后处理.研究发现,经电催化系统预处理后青霉素的去除率为89%,出水进入BES后可以稳定运行,该出水中又有79%的青霉素被BES去除,获得最大功率密度为（1124±28）mW·m^-2,与直接进青霉素原始废水的BES反应器相比提高了473%.经过电催化-生物电化学两级耦合系统处理后青霉素的总去除率达到98%.对BES反应器阳极生物量和生物相分析结果表明,青霉素对阳极混合菌群生物量和变形菌门微生物（主要产电菌）有一定的抑制作用,且会降低形成阳极生物膜的主要微生物不动杆菌属Acinetobacter和具有产电功能芽孢杆菌属Bacillus在反应器中含量,这是影响反应器产电性能和处理效果的主要原因.青霉素废水经电催化降解后,浓度明显降低,有效缓解了青霉素对BES的抑制作用,提高废水的可生化性,因此电催化-生物电化学耦合系统是一种高效低能耗处理抗生素废水的新工艺.     

氮掺杂多孔碳材料阳极制备及其在微生物燃料电池上的应用

微生物燃料电池(MFCs)作为一种可以替代传统能源的生物电化学系统引起研究者的极大兴趣,其阳极材料的构造是目前的研究热点.本文从改善阳极材料表面物理化学性质的角度出发,用吐司作为多孔碳前驱体,三聚氰胺为氮源,直接烧制氮掺杂三维碳材料,并与不添加氮源的阳极材料和未改性的商用碳布进行比较.制备的掺氮NB1000阳极具有较大的比表面积(216.664 m²·g^-1)和优良的电导率.利用Geobacter和Shewanella混合菌落在微生物燃料电池(MFCs)中进行培养和性能评价,NB1000阳极的微生物燃料电池最大面功率密度为3049.714 mW·m^-2,电流密度为7.4464 A·m^-2,分别是普通碳布阳极的6.54倍和1.54倍.结果表明,NB1000作阳极的MFCs具有较高的功率密度,主要归因于阳极中引入氮掺杂,促进了产电微生物胞外电子传递过程所需的外膜c型细胞色素OmcA和MtrC的分泌.     

Nd-Er/ZnO-TiO_2光催化剂制备及对酸性品红的光催化降解效应

本研究采用溶胶凝胶法,以钛酸丁酯[Ti(OC_4H_9)_4]和六水合硝酸锌[Zn(NO_3)_2·6H_2O]为前躯体,六水合硝酸钕[Nd(NO_3)_3·6H_2O]与五水合硝酸铒[Er(NO_3)_3·5H_2O]为掺杂改性材料制备出稀土共掺杂的Nd-Er/ZnO-TiO_2光催化剂。以有机染料酸性品红为目标降解物,分别比较加入助催剂H_2O_2与未加助催剂H_2O_2在可见光下同Nd-Er/ZnO-TiO_2光催化剂一起对光催化活性的影响。降解实验表明,在可见光照射下,样品1%Nd-1%Er/5%ZnO-TiO_2具有较高的催化活性,其最佳煅烧时间和煅烧温度分别为2 h和550℃;H_2O_2在整个光催化反应体系中充当助催剂,与光催化剂产生协同效应,提高光催化降解酸性品红反应速度。本研究还利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、红外光谱仪(ATI-IR)对所制得的光催化材料进行表征。结果表明经稀土共掺杂改性后的ZnO-TiO_2光催化剂不仅粒径更小,比表面积也更大。     

溶胶-凝胶法制备TiO_2膜电极的研究进展

溶胶-凝胶法是制备纳米薄膜材料的常用方法之一,该方法制备的膜层均匀致密、性能稳定,化学成分准确、易于掺杂、灵活度高,因而应用非常广泛。将TiO2固定在导电基底上既能解决TiO2的回收分离问题,又能通过外加偏压提高光生电子与空穴的分离效率。详细介绍了溶胶-凝胶法制备TiO2膜电极的工艺过程和影响因素,综述了该方法制备TiO2膜电极和掺杂TiO2膜电极的研究进展及其应用,探讨了该方法的改进手段,并对其将来的发展进行了展望。     

掺碘二氧化钛薄膜自组装制备、表征及光催化性能

通过自组装技术在低温液相反应体系中制备出大尺寸纳米二氧化钛及其掺碘薄膜。使用XRD、TEM、荧光发射光谱仪、激光拉曼光谱仪等手段对样品进行表征,发现掺I^5＋后的二氧化钛薄膜在可见光区也表现出明显的响应,而且合成的I^5＋／TiO2纳米薄膜在TEMggNT其晶型显示为金红石型,并且碘掺杂后样品的拉曼光谱强度减弱,峰位蓝移且宽化。掺杂I^5＋原溶液浓度为2mmol／L时,其可见光下光催化效果最优,5h后降解率可达到95％,较未掺杂的TiO2纳米薄膜提高了40％,I^5＋掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率。     

不同材料负载Ani/TiO2光降解印染废水

使用常见的工业材料:玻璃、铝片和镍网为载体,苯胺(Ani)作为氮掺杂剂,通过溶胶-凝胶法,制备了不同材料负载Ani/TiO2,并研究其在降解以酸性品红模拟的印染废水的光催化氧化性能。结果表明,玻璃、铝片和镍网负载Ani/TiO2最佳N/Ti值分别为0.250、0.040和0.040,并验证了N掺杂TiO2在日光利用方面的优势,提高了光催化剂的实际应用性;最佳pH值均为6～8;最佳处理初始浓度分别为10、12和12 mg/L;其光催化活性都会随着溶液深度的增加而降低;氧化剂硝酸铁的最佳投加浓度均为0.5×10-5到1.0×10-5mol/L;综合来看,玻璃负载Ani/TiO2的活性最高,铝片负载Ani/TiO2次之,镍网负载Ani/TiO2最差。     

B,N和Ce共掺杂TiO2催化剂光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出B,N和Ce共掺杂TiO2光催化剂,并用XRD、SEM等表征了其结构特征。以酸性大红染料溶液的光催化降解为探针反应,考察了制备条件对共掺杂TiO2催化剂活性的影响。结果表明,在400℃,当B,N和Ce的原子比为1∶2∶0.1,焙烧3 h时,光催化剂活性最大,大红染料的降解率达到98%。     

掺硫改性TiO2对活性艳红X-3B的光催化降解性能研究

以硫脲为硫的源物质,以钛酸四丁酯为TiO₂的前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了掺硫改性TiO₂光催化剂。以活性艳红X-3B为目标污染物,研究了该催化剂的光催化降解性能,对硫掺杂量、催化剂焙烧温度、溶液pH值以及催化剂添加量等影响因素进行了研究,并采用XRD分析手法对光催化剂进行表征。结果表明,经掺硫改性后的TiO₂的催化活性有了很大提高,且硫的掺杂有一个最佳值,即Ti∶S的摩尔比为1∶1。经掺硫改性的TiO₂在可见光区具备一定的催化活性, 180 min内对活性艳红X-3B的去除率可达35.1%,且在紫外光区的催化活性优于纯TiO₂。