高晶度Mn-Fe LDH催化剂活化过一硫酸盐降解偶氮染料RBK5

采用改进的共沉淀结合水热法制备高晶度锰铁层状双金属氢氧化物作为催化剂,用于高效活化过一硫酸盐(PMS)降解活性黑5(RBK5).通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)对材料进行表征,证明成功合成了结晶度高、层状结构突出的Mn-Fe LDH.同时探究了锰铁量比,催化剂投加量,PMS浓度和初始pH值等因素对RBK5的吸附效果、催化降解及反应动力学的影响.结果表明,高晶度Mn-Fe LDH催化剂具有良好的吸附能力和高效的催化效率,在n(Mn)/n(Fe)比为1∶1,催化剂投加量为0.2 g·L~(-1),PMS浓度为1 mmol·L~(-1),初始pH为7时,RBK5(20 mg·L~(-1))在90 min内降解率可达86%,整个反应过程符合拟一级动力学(R~20.9).自由基猝灭实验表明,Mn-Fe LDH/PMS体系降解RBK5为SO~-_4·和·OH两种活性自由基共同作用的结果.反应前后催化剂的XPS分析表明Mn和Fe存在协同作用,Mn-Fe LDH的Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)与层间的CO~(2-)_3电荷平衡,使其层状结构稳定,从而促进了层状表面Mn和Fe的协同作用,提高了Mn-Fe LDH对PMS的活化效率.三维荧光光谱(3D-EEM)和UV-Vis扫描光谱分析初步探讨了RBK5的降解过程.     

羟胺对厌氧氨氧化污泥群落的影响

目前,由于厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)过程具有高效率、低能耗和污泥量少的优点,在污水除氮方面具有广阔的应用前景.羟胺既是厌氧氨氧化代谢的中间产物,同时也是一种抑制剂,但是目前关于厌氧氨氧化细菌颗粒如何应对羟胺的压力还没有很好的解释.通过羟胺批次添加实验,发现在投加不同浓度的羟胺情况下(40～80mg·L~(-1)),厌氧氨氧化的反应活性受到了抑制作用,但是无法判断厌氧氨氧化细菌对羟胺的耐受阈值.然后基于实时荧光定量聚合酶链反应(RT-qPCR)技术检测了不同反应器内肼氧化酶(HZO)的mRNA的表达量,发现HZO酶的表达量随着羟胺浓度的增加出现先升高后降低的趋势,由此本研究推测相对于3.12g·L~(-1)的厌氧氨氧化颗粒污泥,其承受的羟胺浓度(以N计)阈值介于60～70mg·L~(-1).同时利用16S rRNA高通量测序的方法对反应器内的颗粒污泥微生物结构与功能进行分析,发现投加适量的羟胺(50mg·L~(-1))有助于增强颗粒污泥中细菌的细胞运动性,促进厌氧氨氧化细菌的组成,提供一个更佳的生态平衡.     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.     

盐度对中试厌氧氨氧化脱氮特性的影响及其恢复动力学

采用中试ASBR反应器(530 L),以逐步提高Cl~-浓度的方式考察了厌氧氨氧化菌(An AOB)处理高盐废水的脱氮特性.结果表明,采用逐步盐度驯化的方式,An AOB可适应高盐度(Cl~-浓度10 000 mg·L~(-1))环境进行高效脱氮(TN去除率高达92. 3%).其中,在Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)两个梯度内,反应器脱氮性能受到了较大影响,但随着驯化过程的持续进行可逐步恢复.修正的Boltzmann模型能较为准确地拟合An AOB受到不同盐度抑制后的活性恢复过程,相关系数R~2均在0. 96以上.得到的Cl~-浓度6 000 mg·L~(-1)和10 000 mg·L~(-1)时的恢复中间值tc分别为28. 765 d和44. 495 d,NRRmax分别为0. 145 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 212 kg·(m~3·d)~(-1),NRRmin分别为0. 021 kg·(m~3·d)~(-1)和0. 085 kg·(m~3·d)~(-1).高盐度驯化后,厌氧氨氧化菌仍主要为Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia(其丰度分别是14. 76%和2. 7%),且污泥颗粒化程度和污泥密度均有不同程度的提高,污泥呈红褐色.     

长期不同施肥量对全程氨氧化细菌丰度的影响

全程氨氧化细菌(Comammox Nitrospira)的发现彻底改变了对传统硝化作用的认知,其在生物地球化学氮循环中可能具有很重要的作用,并为硝化作用研究提供了新的思路,故需要有更多的工作去评估Comammox Nitrospira在不同生态系统中的分布,本试验选取西南大学长期定位试验田的3种不同施肥量的水稻土,分别为对照组(blank control)、常规施肥量(NPK)、高量施肥(1.5NPKS)处理土壤,进行硝化势及硝化微生物尤其是全程氨氧化细菌的测定.结果表明:(1)3种施肥量处理土壤中均检测出较高数量级的Comammox,分支A(Clade A)丰度(以干土计,下同)分别为9.0×107、1.7×108、7.2×108copies·g~(-1),而分支B(Clade B)丰度分别为1.5×107、1.2×107、1.7×107copies·g~(-1).(2)3种施肥土壤中AOA丰度为1.5×107~1.2×108copies·g~(-1),AOB丰度分别为2.0×105~9.3×107copies·g~(-1),均低于Comammox丰度,而不施肥条件下Comammox丰度与AOA、AOB的比值最大,分别为7.2、524.4.(3)Comammox Clade A丰度与Comammox Clade B的比值随施肥量增加而增加,且比值依次为6.1、14.4、43.1.(4)NPK、1.5NPKS两种N肥施用量下全程氨氧化细菌分支A丰度分别为对照组的1.9、8.0倍,氨氧化古菌(AOA)分别是对照组的3.2、7.2倍,氨氧化细菌(AOB)均比对照组显著增加2个数量级;硝化势也随施肥量增加而增大;但不同施肥量对分支B丰度却无显著影响.本试验结果表明Comammox广泛分布于中性紫色水稻土中,在水稻土中丰度均比AOA、AOB高,因此Comammox很有可能在中性紫色水稻土的硝化作用中有一定贡献;水稻土中Comammox以Comammox Clade A为主.     

Fenton氧化联合氧化钙调理对污泥脱水的机理研究

探讨了使用Fenton氧化联合氧化钙全过程(第一阶段:使用硫酸调节污泥p H值;第二阶段:投加Fe2+;第三阶段:投加H2O2;第四阶段:投加氧化钙)对污泥脱水效果及物理化学性质的影响.结果表明,酸化处理可以改变絮体的大小,降低Zeta电位,分散絮体,同时去除部分胞外聚合物(EPS),进而改善了污泥脱水性能.此外,在Fenton氧化的过程中,污泥颗粒、Zeta电位、EPS和比阻(SRF)均呈现逐渐减少的趋势,同时生成氢氧化铁胶体会覆盖在污泥颗粒表面,形成保护性的硬壳,进而使污泥的脱水性能大幅提高.当加入氧化钙时,形成稳定的刚性的结构使污泥颗粒重新聚合,促使生成多孔的脱水通道.中试结果阐明,Fenton氧化过程是实现污泥的深度脱水的关键,并表明各个阶段污泥脱水过程中产生的滤液水质状况.总的来说,本研究提供了在高压下实现污泥深度脱水的新思路,包括:絮体酸溶分散与重聚-保护性氧化-骨架构建.由此看来,Fenton氧化联合氧化钙是一种相对温和且有效的污泥调理方法.     

涡轮叶片NiCoCrAlYTa涂层抗高温氧化和腐蚀性能测试研究

目的保障涡轮叶片的安全可靠应用,研究NiCoCrAlYTa涂层的高温氧化和燃气热腐蚀行为。方法针对有无涂层的涡轮叶片试样,分别进行1050℃/100 h的抗氧化试验和950℃/100 h的燃气热腐蚀试验,同时分析试验后合金基体和涂层的微观形貌。结果抗氧化试验后,无涂层试样的平均氧化皮脱落量和平均氧化速率分别是带涂层试样的10倍和3倍左右,无涂层试样叶身表面可见大量氧化皮脱落形成的凹坑,带涂层试样的涂层完好,基体未见氧化特征。燃气热腐蚀试验后,无涂层试样的腐蚀速率是带涂层试样的3倍,无涂层试样叶身表面可见较多腐蚀坑,有涂层试样的涂层未被明显腐蚀。结论 NiCoCrAlYTa涂层在经过长时间高温氧化和腐蚀后仍能形成完整的Al_2O_3膜,从而起到较好的保护作用。Ta、Y等元素对Al_2O_3氧化膜的形成及质量具有促进作用。     

UV强化草酸络合Fe2+活化过硫酸盐氧化苯胺研究

采用UV强化草酸络合Fe2+活化过硫酸钠(PS)氧化降解苯胺,研究了UV光照促进苯胺降解的作用机制,考察了pH、草酸浓度和UV光照强度对PS活化及苯胺降解的影响.结果表明,引入UV光照后,草酸络合Fe2+活化PS体系中的PS活化率和苯胺降解率分别提高了68%和41%.在该过程中,UV可通过光解或光电离水分子产生·OH、促进发生光化学Fenton反应、直接活化PS等作用机制降解苯胺,但通过光化学反应促进Fe2+循环转化是提高PS持续活化效果和苯胺去除的首要作用机制;中碱性及强酸性环境因不利于Fe(C2O4)3-3形成,会对PS活化过程产生抑制,但当初始pH为7和9时,由于PS活化分解促进反应体系pH下降,PS活化及苯胺降解均取得较好效果;草酸浓度的增加有利于PS活化,但当草酸浓度高于2.5 mmol·L~(-1)时,会对SO·-4产生强烈竞争,导致苯胺降解率出现下降;增加UV光照强度能显著促进PS活化和苯胺氧化去除,当UV光照强度达到117μW·cm-2时,反应150 min后,PS的分解率和苯胺的去除率均可达到100%.     

BiVO4-Cu2O/CuO双光电极自偏压光电催化降解苯酚研究

基于费米能级差,构建了以BiVO_4为光阳极,Cu_2O/CuO为光阴极的双光电极可见光响应光催化燃料电池体系,研究了该体系在不同氧化剂的辅助作用下光电催化降解苯酚的效率与动力学.结果表明,向该体系中投加H_2O_2可以显著促进苯酚的降解,且反应过程光电流稳定,铜溶出量低.详细探究了H_2O_2初始浓度、pH对降解的影响,结果表明在H_2O_2投加量为5 mmol·L~(-1),初始pH为3.5条件下利于苯酚降解,5 mg·L~(-1)的苯酚可在120 min内完全去除.顺磁共振和猝灭实验表明该体系的主要氧化物种为·OH、·O~-_2和光生空穴.该催化体系实现了苯酚在可见光下的高效催化降解.     

氧掺杂g-C3N4光催化降解Cu-EDTA络合物的反应机理研究

本研究以Cu-EDTA为模拟污染物,探讨了非金属石墨相氮化碳(g-C_3N_4)在光催化降解重金属络合污染物中的应用潜力.首先采用在空气气氛下煅烧的方式对g-C_3N_4进行氧掺杂改性,并通过XRD、TEM和DRS等表征手段对掺杂前后的催化剂结构进行表征.光催化性能评价结果表明,氧掺杂改性更有利于催化剂表面光生空穴的分离,从而呈现出显著提升的破络合能力.通过自由基猝灭实验对g-C_3N_4光降解Cu-EDTA的催化机制进行了研究,结果表明,未掺杂g-C_3N_4通过O_2~(·-)、空穴和·OH的共同作用实现重金属络合物的去除,而氧掺杂样品以具有更强破络合能力的光生空穴为主要活性物种实现Cu-EDTA污染物的降解.