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.     

常州夏冬季PM2.5中无机组分昼夜变化特征与来源解析

为探讨常州大气气溶胶中无机组分的昼夜变化特征,在夏冬两季分别连续采集1个月的PM2.5样品,对比分析了11种水溶性离子和13种重金属元素的昼夜特征和来源.结果表明,夏冬两季PM2.5平均质量浓度白天高于夜间,水溶性离子占比夜间稍高于白天.冬季水溶性离子占PM2.5的比例(44%~45%)高于夏季(31%~36%),而重金属元素呈现相反的季节性特征(冬季白天3.03%,夜间2.29%;夏季白天4.40%,夜间4.51%).SO_4~(2-)、NO_3~-、NH_4~+是主要的二次离子,占总水溶性离子77%~85%,说明常州市大气污染呈二次污染为主的复合污染特征.夏季强太阳辐射的光化学反应导致白天SO_4~(2-)占比(49.0%)稍高于夜间(41.1%),而白天高温NH_4NO_3分解,使NO_3~-浓度白天(1.98μg·m-3)远低于夜间(5.10μg·m-3).NH_4~+与SO_4~(2-)、NO_3~-之间好的线性相关性及预测NH_4~+与实测NH_4~+的比值接近1,表明NH_4~+主要以(NH4)2SO4,NH_4NO_3和NH4Cl形态存在.离子平衡表明夏季颗粒物呈弱碱性,冬季呈中性.Fe、Al和Zn这3种重金属元素占比最大,Fe和Al元素白天占比明显高于夜间,Zn正好相反.无机组分相关性及主成分分析表明,无机组分都来自二次生成、扬尘和交通等排放源,表现一定的季节性和昼夜变化特征.     

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.     

邯郸市区PM2.5污染特征及来源解析

对邯郸市区内邯郸钢铁集团（邯钢）、邯郸市环境监测中心（环保局）、河北工程大学（矿院）3个点位4个季节代表月大气PM_2.5样品进行采集,并对其离子、元素、碳质组分进行测试分析;利用基于排放清单、受体模型与空气质量模型相结合的综合来源解析方法,对邯郸市区大气PM_2.5贡献来源进行分析.结果表明：邯郸市区PM_2.5年均浓度为85.5μg/m³,秋冬季浓度明显高于春夏季,邯钢点位浓度略高于矿院和环保局;PM_2.5中占比较高的组分为NO₃^-、SO₄^2-、POA、SOA和NH₄⁺,分别占15.7%、14.5%、13.2%、12.2%和12.4%,具有明显的二次污染和有机污染特征,冬季二次组分和有机组分占比略高于其他季节,环保局点位一次有机气溶胶（POA）和二次有机气溶胶（SOA）占比略高于矿院和邯钢;冶金和扬尘是PM_2.5最主要的贡献来源,贡献率分别为27.0%和18.7%,冶金源在春夏季的贡献比例高于秋冬季,在邯钢点位的贡献率明显高于环保局和矿院.