Effect of substituents in hydroxyl radical-mediated degradation of azo pyridone dyes: Theoretical approaches on the reaction mechanism

Understanding the degradation behavior of azo dyes in photocatalytic wastewater treatment is of fundamental and practical importance for their application in textile-processing and other coloration industries. In this study, quantum chemistry, as density functional theory, was used to elucidate different degradation pathways of azo pyridone dyes in a hydroxyl radical (HO^?)-initiated photocatalytic system. A series of substituted azo pyridone dyes were synthesized by changing the substituent group in the para position of the benzene moiety, ranging from strong electron-donating to strong electron-withdrawing groups. The effect of dye molecular structure on the photocatalytic degradation reaction mechanism was analyzed and quantification of substituent effects on the thermodynamic and kinetics parameters was performed. Potential energy surface analysis revealed the most susceptible reaction site for the HO^? attack. The calculated reaction barriers are found to be strongly affected by the nature of substituent group with a good correlation using Hammett σ_p constants and experimentally determined reaction rates. The stability of pre-reaction complexes and transition state complexes were analyzed applying the distortion-interaction model. The increased stability of the transition state complexes with the distancing from the substituent group has been established.     

Morphology-dependent interfacial interactions of Fe2O3 with Ag nanoparticles for determining the catalytic reduction of p-nitrophenol

In this work,we fabricated three kinds of Ag/Fe_2O_3 model catalysts with different morphologies to study the interfacial interactions between Ag and Fe_2O_3,and how they affected the catalytic activity in hydrogenation of p-nitrophenol was explored.The hydrothermal method was used to synthesize the metal oxide supported silver catalyst,with various morphologies including nanoplates(NPs),nanospheres(NSs),and nanocubes(NCs).The crystal structure,morphology and surface elements of the composite were investigated by various measurements,such as X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS).The catalytic activity was also evaluated by the reduction of p-nitrophenol to p-aminophenol.It was found that the activities of the above catalysts varied with the morphology of the support.Among them,Ag/Fe_2O_3 NPs promoted the highest performance,Ag/Fe_2O_3 NSs were slightly inferior,and Ag/Fe_2O_3 NCs were the worst.At last,we ascribed the remarkable activity of Ag/Fe_2O_3 NPs to the strong metal-support interactions between Ag and Fe_2O_3.     

汶川地震重灾区泥石流灾损土地利用及生态修复模式——以北川县都坝河小流域为例

汶川地震诱发了大量泥石流灾害,灾损土地利用和生态修复是灾区产业重建面临的重要课题。以北川县都坝河小流域为研究对象,通过调查灾损土地禀赋、灾害特征、土地需求,采取多因素耦合和关键因子限制分析法,探讨灾害胁迫条件下的经济活动与生态修复之间的互馈作用,结果表明：（1）流域新增土地供给源主要为泥石流灾损土地,土地资源化利用受灾害、聚落和产业结构控制;（2）灾损土地根据成因划分为沟口堆积型、沟道冲淤型以及岸坡侵蚀型,三者的肥力、安全性及交通条件等特征具有显著差异;（3）基于“因灾分区、耕地优先、产业共建、美居造景”的原则,建立了灾损土地的利用方式和生态修复模式,并选取杨家沟进行验证,沟域灾损土地利用方式为生态林地、产业林地及优质耕地,分别占比28.5%、56.3%、15.2%,生态修复措施主要为提高土地安全度、提升植被覆盖率和增强水保功能。该研究建立的震区土地利用和生态修复模式可有力协调人地矛盾、发展绿色经济和提升人居环境。     

中国“四化”建设对水足迹强度的影响分析

采用2000—2016年中国30省市（不包括香港、澳门、台湾、西藏四省区）的数据,构建四化指标体系,计算四化发展指数,进行地区四化水平评价,通过OLS和GMM回归模型考察四化发展对水足迹强度的影响,同时设置四化之间的交互项来识别四化指标之间的相互作用。主要结论如下：首先,从四化水平的地域发展差异上来看,中国四化水平总体上呈现出东部优于中部、中部优于西部的格局,水足迹强度的分布与之类似,说明四化水平发展与水足迹强度之间可能存在相关关系;其次,计量模型显示四化水平的提升对于水足迹强度的改善有积极影响,但每一化对于水足迹强度改善的影响大小不一;第三,以交互项衡量的四化相互作用对于水足迹强度的影响作用为正,表明四化发展对水足迹强度的改善效果逐渐趋于收敛。因此,优先提升落后地区的四化水平,以四化水平的提升推动水足迹强度的降低,能够有效降低我国总体水足迹强度水平。     

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件（平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s）下沉积物-水界面（SWI）氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/（m²·h）增加为0.20m/s时的43.981mmol/（m²·h）,溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.     

不同裂解温度稻壳生物炭对阿特拉津的吸附行为及机制

为探究不同裂解温度下稻壳生物炭的结构和性质差异及其对阿特拉津（AT）的吸附作用机制和构-效关系,以稻壳为原料在300、500和700℃下制备稻壳生物炭（分别记为RH300、RH500、RH700）,通过电镜扫描、元素分析仪、比表面积分析仪和傅里叶变换红外光谱分析仪等对3种稻壳生物炭进行结构表征分析,并采用批量等温吸附法研究稻壳生物炭对AT的吸附特性.结果表明:裂解温度由300℃升至700℃时,稻壳生物炭中w（C）由48.81%升至64.67%,w（H）、w（N）和w（O）则由3.22%、1.45%和34.66%分别降至0.89%、0.92%和16.29%,原子比H/C、O/C和（O+N）/C值均降低.可见,随着裂解温度升高,稻壳生物炭的芳香性增强,亲水性和极性降低,且比表面积和孔体积增大,平均孔径减小.3种稻壳生物炭对AT的吸附均可用Freundlich和Langmuir两种等温吸附模型进行较好地拟合（R≥0.948,P < 0.01）,吸附作用及非线性程度与生物炭的比表面积（SSA）、芳香性（H/C）、亲水性（O/C）和极性〔（O+N）/C〕呈良好的指数关系,大小表现为RH700 > RH500 > RH300.稻壳生物炭对AT的吸附机制主要包括分配作用和表面吸附,分配作用强度与生物炭的极性和炭化程度有关;而表面吸附作用与AT的分子大小有关,3种稻壳生物炭对AT的表面吸附除表面覆盖外,还存在多层平铺、毛细管现象和孔隙填充等.研究显示,裂解温度是影响生物炭吸附有机污染物的重要因素,在综合考虑成本和制备工艺的同时,适当提高裂解温度可增强生物炭对有机污染物的吸附作用.      

低温等离子体协同催化降解废气污染物的研究进展

阐述了低温等离子体协同催化工艺流程与反应机理,探讨了反应温度、废气进口组分、废气中水蒸气含量、气体流速、气溶胶等因素对降解效果的影响。分析认为:一段式低温等离子体协同催化可改变低温等离子体特征及催化剂催化特性,但尚未解决尾气臭氧逃逸、副产物产生及放电稳定性等问题;两段式低温等离子体协同催化可提高污染物分子降解效率并减少尾气臭氧逃逸,但未能有效利用等离子体的能量,气体中的水蒸气、粉尘及反应过程中产生的气溶胶均能影响后置催化剂的催化性能;两段式低温等离子体协同催化已具备工程应用条件,还需配套高效预处理单元以降低废气中水蒸气、粉尘等对催化剂的影响。     

MgO低温催化臭氧降解氨氮的机制研究

研究了低温条件下单独臭氧及MgO催化臭氧化降解水中氨氮的效率和特征,并对其反应机制分别进行了探讨.结果表明,pH是影响臭氧和催化臭氧化除氨的重要因素,不仅影响溶液中NH_3与NH~+_4的比例和臭氧氧化氨氮的速率,还影响氧化产物种类,从而影响脱氮效果.10℃时,单独臭氧对水中氨氮的氧化降解效率随pH的升高而增大,pH≤9时整体降解效率不高,pH=9时仅为16.39%,而pH=10时达到41.77%.臭氧和·OH共同参与降解氨氮的过程.单独臭氧氧化氨氮生成氮气的选择性具有pH依赖性,并与Cl~-密切相关.pH低(≤9)时,氨氮多以NH~+_4形态存在,O_3与Cl~-反应生成ClO~-_x(x=1、3),再氧化NH~+_4,从而生成气态产物N_2或N_2O.MgO在低温条件下具有很强的催化臭氧化降解氨氮的能力且温度升高有利于反应的进行,0、10、20℃时,MgO催化臭氧化氨氮的效率分别为77.53%、80.17%、91.26%.此过程中,·OH参与反应的程度低,一部分氨氮降解依靠ClO~-_x氧化NH~+_4,而氨氮降解的主要途径为O_3对NH_3的直接氧化.     

普伐他汀的光催化降解性能及机理研究

通过水热法合成Bi₂WO₆,并利用XPS,XRD,BET,UV-Vis和SEM等方法对样品进行了表征;通过光催化性能实验考察了Bi₂WO₆投加量,溶液pH值对普伐他汀（PR）降解效果的影响;通过自由基捕获实验及中间产物的鉴定探明了Bi₂WO₆光催化降解PR过程的主要活性自由基,中间产物及降解机理,并采用发光细菌急性毒性试验评估了PR降解前后的毒性.结果表明,所制备的Bi₂WO₆是由大量纳米片组成的正交晶系花瓣状微球,各元素物质的量比为Bi：W：O=2.5：1：6.7,比表面积为26.67m²/g,带隙能为2.74eV;光催化性能结果表明,对于10mg/L PR,当溶液pH=6.5,Bi₂WO₆投加量为0.4g/L时降解效果最佳,降解率可达80.6%,矿化度为40.2%;自由基捕获实验结果表明降解过程中h⁺起主要的氧化作用,·OH和·O₂^-的氧化起辅助作用.基于活性自由基和中间产物的鉴别结果提出了Bi₂WO₆光催化降解PR的机理,即以h⁺为主,·OH和·O₂^-为辅联合攻击PR分子中C－C键,C＝C双键,酯键等化学键,进而将其分解为易降解小分子有机物.另外,毒性测试结果表明PR经光催化降解后的小分子产物与PR原液相比毒性并没有增强.     

海洋环境低水位加速腐蚀研究进展

以海洋环境中一个非常重要的局部腐蚀形式——低水位加速腐蚀(ALWC)为对象,自其检测、发生原因、防护三个方面就国内外的文献报告进行综述分析。在检测方面,首先介绍了常用的宏观观察这一被动形式,并突出其特征,然后介绍了利用海水中可溶性无机氮含量作为ALWC发生概率预测这一主动形式,分析其优势与不足。在发生原因方面,在对将ALWC认定为一种典型的微生物腐蚀(MIC)形式的认知过程进行介绍之后,重点分析了微生物对ALWC作用机制不清晰的原因,并建议在后续研究中突出动态演变过程,结合高通量测序等分子生物学技术,确定在不同的阶段影响ALWC的关键微生物,且进一步在大气-海水体系下研究典型菌株及其协同作用的影响,提出微生物对ALWC的作用机制。在防护方面,根据新建和已建钢结构设施分别对传统和针对ALWC所具有的MIC与局部腐蚀特性的新型高效防护方法进行了介绍,并分析了防护方法的优缺点。