铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物制备及其催化氧还原的效果

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键因素.通过研究制备成本低廉、氧还原反应(ORR)催化活性高的阴极催化剂来替代Pt/C对于实现MFC规模化应用具有重大意义.研究采用化学气相沉淀法,以三聚氰胺作为碳氮前驱物、以黑珍珠2000或乙炔炭黑作为碳源,外加醋酸亚铁作为铁前驱物,合成了两种铁氮掺杂碳纳米管/纤维复合物(FeNCB和FeNCC),作为MFC的阴极催化剂.通过循环伏安法和旋转圆盘-环电极分析FeNCB、FeNCC和Pt/C的ORR催化活性的差异,并用MFC验证其差异.结果表明,FeNCB性能与Pt/C相当,优于FeNCC,其催化路径是通过4电子途径催化氧还原反应;MFC-FeNCB性能略优于MFC-Pt/C,显著优于MFC-FeNCB有助于MFC的扩大化,其最大功率密度为1 212.8mW·m~(-2),开路电压为0.875 V,电池稳定电压为(0.500±0.025)V.用X射线衍射、X射线光电子光谱、拉曼光谱等进一步分析显示,复合物中碳纳米管管径的大小、铁氮掺杂的类型和含量以及氧含量是引起制备的复合物催化氧还原性能差异的原因所在.     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

载银活性炭活化过硫酸钠降解酸性橙7

采用硝酸氧化的颗粒活性炭浸渍制备Ag/GAC活化剂,利用N₂吸附、 SEM、 FT-IR及XRD对Ag/GAC进行表征,得出Ag成功负载于颗粒活性炭上,并以Ag/GAC在常温常压下活化过硫酸钠(PS)产生硫酸根自由基(SO^－4 ·)降解偶氮染料酸性橙7(AO7). 考察了Ag负载量、 PS浓度、 Ag/GAC投加量、 初始pH对AO7降解效果的影响. 结果表明,当Ag负载量为12.7 mg ·g^-1、 n(PS) :n(AO7)为120 :1、 Ag/GAC投加量为1.0 g ·L^-1,降解180 min后AO7降解率达95.0%以上. 初始pH对Ag/GAC活化PS降解AO7有较大影响,pH为5.0时降解效果最优. 通过紫外可见光谱、 气相色谱-质谱(GC/MS)对AO7降解过程进行了探讨,在降解过程中AO7的偶氮键和萘环结构均被破坏,并检测出主要降解产物有邻苯二甲酸和乙酰苯.     

单级和两级串联臭氧-生物活性炭深度处理垃圾渗滤液的比较研究

使用单级和两级串联臭氧-生物活性炭(O3-BAC)处理垃圾焚烧渗滤液的二级生物处理尾水,比较研究了污染物去除效果.结果表明,臭氧投加量为200 mg·L-1时,两级串联O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为75.9%±2.1%、78.8%±2.9%和96.8%±0.9%,处理出水COD基本保持在100 mg·L-1以下,色度低于40倍,满足GB 16889-2008排放要求;而单级O3-BAC对COD、UV254和色度的去除率分别为68.2%±1.3%、69.7%±0.5%和92.5%±1.1%,处理出水COD和色度分别为150 mg·L-1和60倍,不能达到排放要求.单级O3-BAC在290 mg·L-1臭氧投加量下,才能达到两级串联O3-BAC在200mg·L-1臭氧投加量下的污染物去除效果.此外,两级串联O3-BAC在臭氧投加量200 mg·L-1时的总磷去除率为63.5%±4.4%,出水总磷浓度稳定在1 mg·L-1以下,直接满足GB 16889-2008排放要求.     

长江原水臭氧-生物活性炭挂膜中试研究

为了探究面向长江水源的臭氧-生物活性炭深度处理工艺的挂膜技术,进行了长江原水常州段的臭氧-生物活性炭挂膜中试研究.结果表明,在挂膜前期,由于炭柱的物理吸附作用逐渐饱和,炭柱对DOC(溶解性有机碳)、UV_(254)和COD_(Mn)(高锰酸盐指数)的去除率逐渐降低,对氨氮几乎没有去除,在挂膜中后期,由于活性炭上生物膜逐渐成熟,生物降解起主导作用,有机物和氨氮去除率升高并趋于稳定.90 d后,炭柱对DOC、UV_(254)和COD_(Mn)这3个有机物指标的去除率分别稳定在30.64%、57.50%和30.00%以上,氨氮去除率稳定在88.93%左右,认为挂膜成功.扫描电镜图显示活性炭表面出现丰富的菌胶团,同时高通量测序也验证了活性炭中丰富多样的微生物群落结构.     

碳纳米管径向尺寸对碳纳米管自支撑膜孔隙结构及通量的影响

为了探索碳纳米材料膜在水处理中应用的可能性,本实验选取4种径向尺寸的碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs),采用压力辅助过滤技术制备CNTs自支撑膜.通过对CNTs自支撑膜的平均孔径、孔径分布及截留分子量(Molecular weight Cut-Off,MWCO)等进行分析,研究了CNTs径向尺寸变化对CNTs自支撑膜孔隙结构的影响.结果表明,CNTs的径向尺寸越小,制备得到的CNTs自支撑膜越趋向于形成小孔径的膜孔,且孔径分布更加均匀,孔隙面积比越高,膜的MWCO越小.单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube, SWNT)与多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube, MWNT)相比,前者更容易形成膜平均孔径更小且孔径分布更均匀的CNTs自支撑膜.膜通量测定结果表明,研究制备的CNTs自支撑膜的通量属于低压膜范围,通量在230～347 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1)之间.其中,虽然由径向尺寸较小的CNTs所制备的CNTs自支撑膜的平均孔径更小,但由于其具有更高的孔隙面积比和更小的膜厚度,其纯水通量相对高于由大径向尺寸CNTs制备的CNTs自支撑膜.     

活性炭的表面性质对CeOx/AC催化臭氧氧化水中苯甲酸的影响机制

实验对活性炭(activated carbon,AC)进行了氧改性、氮改性、硫改性和氮-硫共改性,考查AC的表面性质对CeO_x/AC催化臭氧氧化苯甲酸性能的影响.结果表明,相比氧改性活性炭ACO、硫改性活性炭ACS和氮改性活性炭ACN,氮-硫共改性活性炭ACNS由于含氮官能团和含硫官能团的引入,提高了对苯甲酸的吸附性能和催化臭氧氧化性能.采用氮-硫共改性活性炭为载体制备的CeO_x/ACNS催化剂表面Ce~(3+)含量最高,因而具有最高的催化活性,反应30 min,苯甲酸的去除率由单独臭氧氧化的22%提高到88%,TOC的去除率单独臭氧氧化的7%提高到55%.CeO_x/ACNS催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,苯甲酸的去除率仅从88%降低到82%,整个过程中活性组分Ce的流失只占负载量的0.32%,是一种很有应用潜力的臭氧氧化催化剂.     

珠江口夏季有机碳的分布特征及其收支模拟研究

基于三维水质模型对珠江口夏季有机碳的分布特征及其收支进行了研究,量化了各动力学过程对有机碳分布的影响,这对于深入了解珠江口碳循环过程有重要意义.同时,采用2006年7—8月观测数据对模型进行了验证,结果显示模型模拟效果良好.研究表明,珠江口夏季有机碳呈明显的空间变化,其浓度总体上从口门向外海逐步降低,底层递减幅度大于表层;表层平均浓度为2.42 mg·L~(-1),底层平均浓度为1.91 mg·L~(-1).此外,有机碳在垂向上的分布与水体层化紧密相关,层化水域中的有机碳浓度随水深迅速下降,非层化水域上、下层的浓度差异不大.有机碳收支结果则表明,珠江口不同水域有机碳的物理、生化过程差异明显.在内伶仃洋,有机碳分布由物理过程主控,其主要来源与消耗分别为径流输送和沉降,两者分别约占该区域有机碳输入总量的83.80%、83.18%;在中伶仃洋,有机碳分布受物理和生化因素共同调控,其来源以生化产碳为主,动力输送为辅,主要耗碳项为沉降;在外伶仃洋,其西侧水域的有机碳主要来源与消耗分别为径流输送和沉降,有机碳分布受物理和生化过程共同调控,其中,物理过程占优势,而在其东侧水域,有机碳主要来源与消耗分别为生化产碳和生化耗碳,有机碳分布由生化过程主控.另外,捕食产碳和氧化耗碳分别是珠江口各生化过程中最重要的产、耗碳过程.     

2016~2018年采暖季太行山沿线城市PM2.5污染特征分析

对2016年、2017年采暖季太行山沿线传输通道城市大气中PM_2.5的OC、EC和水溶性离子进行分析,并利用特征组分比值和元素富集因子变化研究该传输通道的污染特征.结果表明,2017年采暖季通道整体较2016年同期空气质量改善良好,PM_2.5浓度由2016年的171.86μg/m³下降为123.90μg/m³.太行山中部城市2017年采暖季较2016年同期PM_2.5浓度下降显著,2a采暖季SNA离子（SO^2-,NO₃^-,NH₄⁺ 3种离子总称）浓度与占比呈现"北低南高",加之SNA/EC比值"北低南高",表明南部城市二次无机生成较为严重.而OC、EC浓度与占比呈现"北高南低",Cl^-/K⁺比值和元素Zn、Ba的富集因子北部均高于南部,表明北部城市可能受燃煤和机动车源等一次排放影响较大;各城市2017年采暖季SO₂、NO₂、CO浓度有所下降,且均呈现"北高南低"趋势,进一步表明北部城市一次排放较为严重.     

自上而下的城市能源消耗碳排放估算方法

快速的城镇化进程带来城市碳排放的快速增长,准确的城市水平碳排放数据对于制定科学合理的碳减排政策极为关键,明确碳排放源的关键类别可以做到有的放矢和精准管控.但是目前中国碳排放数据的研究主要集中在国家、地区和省级层面,城市水平由于所需基础数据的不透明和不准确,长久以来缺乏完整的碳排放清单.为解决该问题,在以前相关研究的基础上,通过省级能源平衡表,尝试利用合理的分配指标从省级碳排放数据估算出下属城市的碳排放,构建了一套自上而下的城市能源消耗碳排放估算方法.通过与现有可获得的城市水平数据进行对比,发现估算差距均在10%以内,证明了该方法的可行性和准确性,并尝试在时间尺度进行了扩展.为获取在时间和空间上均连续的中国城市能源消耗碳排放数据提供了科学的方法和合理的思路,也能为各城市分配减排任务和城市间进行减排协商提供可靠的数据支撑.