水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响研究进展

淡水生态系统温室气体(CO_2、CH_4、N_2O)排放是全球气候变化背景下的研究热点。水生植物作为淡水生态系统重要的组成部分,对水体生源要素的生物地球化学循环过程具有重要影响,进而影响水体温室气体产生与排放。本研究基于目前水生植物与水体温室气体排放关系的研究,探讨了水生植物对淡水生态系统温室气体排放动力学过程的影响,提出水生植物分布区可能是温室气体排放热点;水生植物种类、生活型的多样性增加了水体温室气体排放的变异性和不确定性,对监测和估算方法的准确性产生一定影响;进一步总结了水生植物对淡水生态系统温室气体排放的影响机制:1)机械作用,包括气体传输通道作用和浮叶植物的滞留作用; 2)水生植物光合/呼吸作用参与水体碳循环,同时水生植物凋落物分解为水体代谢提供新鲜碳、氮源,提高温室气体产生速率; 3)改变根际厌氧环境,影响根际CH_4和N_2O产生与排放; 4)水生植物群落改变水体生态因子分配格局,影响水体异养代谢等。基于当前研究现状,本文提出要进一步开展不同尺度或不同生境条件下水生植物种类、生活型和生长代谢等对水体温室气体排放动力学的影响研究,并从水生植物群落尺度构建温室气体排放动力学模型,优化监测方法与估算模型,为推进我国淡水生态系统温室气体排放研究提供理论基础。     

MnO_2基材料常温催化降解甲醛研究进展

甲醛(HCHO)是室内空气中的主要污染物之一,已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质,对人体健康构成了极大威胁。常温催化技术在室温下即可将甲醛降解为无毒无害的CO_2和H2O,能耗低,具有较好的应用前景。二氧化锰(MnO_2)具有价格低廉、环境友好等优势,且晶型种类多,表现出优异的甲醛催化性能,具有较大的实际应用价值而被广泛研究。本文综述了MnO_2基催化剂,包括离子掺杂MnO_2、MnO_2固溶体和负载型MnO_2的甲醛催化活性及其制备方法,并探讨了其活性影响因素、常温催化反应机理,分析了其研究现状及发展趋势。     

氧化环境中FeS修复重金属的稳定性变化与机制

硫化亚铁(FeS)是良好的重金属修复剂,但它对氧化环境敏感.当环境氧气浓度升高时,FeS对重金属的固定效果可能发生改变.本研究考察了氧化环境中FeS与重铬酸根、铅和镉离子的反应规律和结合机制变化.结果表明,环境氧气浓度升高可促进Fe~(2+)的释放,且增加FeS表面S(-II)氧化态的比例(与Pb~(2+)反应:从24%增加到44%,与Cd~(2+)反应:从60%增加到78%).延长反应时间至30 d,虽然PbS和CdS结晶度提高,但两者表面出现Pb—O和Cd—O氧化形态,预示着重金属再释放的风险.有氧干燥条件下FeS表面矿物相转变为纤铁矿,对Cr(VI)的还原能力大幅下降.与未干燥FeS(FeS-Cr-3h)相比,当有氧干燥的FeS与Cr(VI)反应时,总铬的去除量下降约96%(由约100 mg·g~(-1)降至(3.74±1.12) mg·g~(-1)),Cr(VI)去除量下降约57%(由约100 mg·g~(-1)降至(43.28±0.46) mg·g~(-1)).FeS及重金属硫化物的氧化显然不利于重金属的长期稳定.如何延缓或抑制FeS与重金属硫化物的氧化因此成为未来研究需回答的问题.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

光照对SO2在矿质氧化物表面非均相反应的影响

使用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)研究了SO_2在α-Al_2O_3、TiO_2、CaO和α-Fe_2O_3颗粒物表面的非均相反应,考察了紫外光光照(波长约365 nm)对SO_2在不同氧化物表面反应的影响.结果表明,无紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为亚硫酸盐;有紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为硫酸盐;但紫外光照射对SO_2在α-Fe_2O_3表面的反应并没有明显的影响.推测机理可能是光照促进了颗粒物表面的亚硫酸盐向硫酸盐的转化.     

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.     

曲堤油田结垢机理研究与防治

目的解决曲堤油田的结垢问题。方法采用离子色谱仪,对水样理化性质进行测试分析,采用X射线衍射仪对现场垢样进行成分分析,通过室内静态结垢实验结合滴定法,研究油井采出液及联合站注入水混合的配伍性,并对阻垢剂进行筛选及评价。结果曲堤油田水样水型均为CaCl_2型,含有较多的结垢性阳离子Mg~(2+),Sr~(2+)和Ba~(2+)的含量相对较少。对于结垢性阴离子,主要为HCO_3~-,CO_3~(2-)和SO_4~(2-)含量较少。曲堤油田结垢主要是由于Ca~(2+)、Mg~(2+)与HCO3-反应,生成白云石晶体造成的。各油井采出液在低温下混输,配伍性较好;随着温度的升高,会出现一定程度的结垢,但结垢率均小于5%。除Q10-X16油井采出液以外,其余各油井采出液与联合站注入水均不配伍,混合后结垢率达10%以上。选择7#阻垢剂,加注浓度50 mg/L作为曲堤油田的阻垢剂类型及加药制度。结论现场调研的7#缓蚀剂对于曲堤油田的环境具有适用性,阻垢率高,能够有效减缓曲堤油田的结垢问题。     

Cl-/PMS体系降解甲氧苄啶的效能与机理

采用氯离子（Cl^－）作为阴离子活化剂,活化单过硫酸氢钾（PMS）氧化降解甲氧苄啶（TMP）.研究了Cl^－/PMS体系降解TMP中起主要作用的活性物种,同时考察了Cl^－浓度、PMS投加量、初始pH值对降解效果的影响,并研根据中间产物推断了TMP降解路径.实验结果表明,Cl^－/PMS体系中的主要活性物种是Cl^－和PMS直接反应生成的活性氯.降解过程符合拟一级反应动力学模型（R²>0.99）;随着Cl^－浓度和PMS投加量增加,反应速率常数k_obs增大;初始pH范围在5.0~9.0范围内,随着pH值的增大,TMP的去除率先减小后增大;TMP主要经历了氯取代和羟基取代过程,其核心结构上没有实质性的分解.     

新型铈钨钛复合氧化物催化还原脱硝机理

利用水热共沉淀法制备了铈钨钛复合氧化物催化剂,考察了H₂O₂络合修饰对其催化脱硝转化频率（TOF）的影响;并借助傅里叶原位红外光谱仪研究了H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物的催化脱硝机理.结果表明：H₂O₂络合修饰可增强铈钨钛复合氧化物表面Brønsted酸位强度,提高其表面NH₃低温吸附和中低温NH₃-SCR脱硝性能,400℃时其NO_x催化脱除频率TOF高达0.658s^-1;NH₃和NO_x在H₂O₂络合修饰后铈钨钛复合氧化物表面存在竞争吸附,其表面催化脱硝反应主要为吸附态NH₃、NH₂和NH₄⁺与气态NO+O₂的反应,其低温NH₃-SCR反应机理遵循Eley-Rideal（E-R）机理.     

Al改性柠条生物炭对P的吸附特性及其机制

为高效利用生物质能源,以常见农林废弃物柠条为原料,在650℃、3h条件下,采用限氧热裂解法制备生物炭,通过直接修饰法用Al改性柠条生物炭,进行批量吸附P实验.利用4种等温吸附模型（Langmuir、Freundlich模型、Temkim、D-R模型）和4种吸附动力学模型（准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、颗粒内扩散模型）以及pH值、添加量影响试验,探讨Al改性生物炭对P的吸附特性.同时,使用FTIR红外、元素分析、SEM和比表面积及孔径分析等技术表征了生物炭的理化性质,揭示了Al改性生物炭对P的吸附机理,并对比了多种改性生物炭对P的吸附效果.结果表明：柠条生物炭（NB）对P的吸附量很低,Al改性柠条生物炭（Al-NB）最佳改性比例为0.2：1,对P的吸附量是NB的8.35倍.Langmuir模型能够很好的描述Al-NB对P的等温吸附过程;Al-NB对P的吸附动力学符合准一级动力学模型,说明其吸附通过边界扩散完成的单层吸附.Al-NB对P的理论最大吸附量为19.97mg/g,平衡时间为24h.随着添加量的增大,Al-NB对P的吸附量不断减小,去除率逐渐增加,2.5g/L为最佳添加量;最适pH为4～10,当pH=7时,达到最大;吸附P后,溶液的pH值向中性范围倾靠,有一定缓冲作用.吸附机理包括：静电吸附作用,配体交换（羟基）,P与阴离子（NO₃^-）交换,颗粒内表面络合作用等.以期为水体富营养化治理提供科学依据.