BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

Visible-light-driven photocatalytic inactivation of bacteriophage f2 by Cu-TiO2 nanofibers in the presence of humic acid

Pathogenic viruses in drinking water are great threats to public health. Visible-light-driven photocatalysis is a promising technology for virus inactivation. However, the existing photocatalytic antiviral research studies have mostly been carried out in single-component systems, neglecting the effect of natural organic matter, which exists widely in actual water bodies. In this paper, electrospun Cu-TiO₂ nanofibers were prepared as photocatalysts, and their photocatalytic antiviral performance in the presence of humic acid (HA) was comprehensively studied for the first time. The properties of the reaction mixture were measured during the reaction. In addition, the safety, reliability and stability of photocatalytic disinfection in the mixed system were evaluated. The results showed that the virus removal efficiency decreased with the increase of the HA concentration. The type of reaction solution, such as PBS buffer solution or water, did not affect the removal efficiency noticeably. Under acidic conditions, the electrostatic forces between photocatalysts and viruses were strengthened, leading to higher virus removal efficiency. As the reaction time went on, the pH value in the solution increased first and then tended to be stable, the conductivity remained stable, and the dissolved oxygen increased first and then decreased. The safety test showed that the concentration of Cu ions released into the solution was lower than specified by the international standards. No photoreactivation was observed, and the addition of HA significantly reduced the reutilization efficiency of the photocatalysts.     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.     

铁纳米线对水中Cu2+的吸附性能及机理

为研究nZVI（纳米零价铁）材料对水中Cu2+的吸附性能,采用液相还原法合成核壳结构的nZVI,即FSCNs（铁纳米线,Fe@Fe₂O₃ core-shell nanowires）.通过批处理吸附试验研究pH、离子强度、FSCNs投加量、反应时间、初始ρ（Cu2+）、反应温度等因素对Cu2+去除率的影响,运用动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型分析FSCNs对Cu2+的吸附特性,并利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）等表征手段探讨FSCNs对Cu2+的吸附机制.结果表明:①在pH为5、离子强度为0.01 mol/L、FSCNs投加量为0.5 g/L、反应温度为318 K条件下,FSCNs对Cu2+产生的吸附容量最大,为387.6 mg/g.②FSCNs对Cu2+的吸附反应在30 min内达到吸附平衡,此时的最大吸附率可达96%;FSCNs对Cu2+的吸附更符合准二级动力学模型（R2≥0.992）,表明化学吸附可能为该反应的限制步骤;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地拟合吸附结果（R2≥0.992）;该吸附过程是自发的吸热反应〔ΔG0（吉布斯标准自由能） < 0,ΔH0（标准焓变）>0〕.③大部分Cu2+在加入FSCNs后转化为Cu、Cu₂O和CuO,被吸附在FSCNs表面,吸附、还原与共沉淀可能是FSCNs去除水中Cu2+的主要机理.研究显示,FSCNs对Cu2+的最大吸附容量为387.6 mg/g,能快速高效吸附水中的Cu2+,应用前景良好.      

水泥-电力行业的产业共生网络构建及区域案例研究

水泥工业作为工业生态系统的汇,能够多样化地利用其他行业的副产物,这种典型的产业共生模式可以通过减少资源和能源的消耗带来显著的CO₂减排效果.由于产业共生在水泥行业具有一定的普遍性及巨大的CO₂减排潜力,所以对水泥工业产业共生现状的了解与分析就显得尤为重要;而通过对产业共生现状的全面了解,才能对现有水泥行业产业共生的程度进行分析,并以此为参照,对未来不同政策与情景下的CO₂减排潜力进行量化与评估.为实现对产业共生实际情况的模拟,以水泥-电力行业的产业共生为例,采用最优化的方法,提出了一套基于一般统计数据来模拟产业共生实际情况的系统方法,将技术、经济与政策3类不同的决策变量影响纳入模型,以模拟出最接近真实情景的产业共生情况.为验证模型的有效性,对新乡市水泥-电力行业实际的产业共生情况进行分析.结果表明:新乡市水泥-电力行业间存在普遍的产业共生现象,实地调查中有77.8%（21家）的水泥制造企业利用粉煤灰作为水泥制造的原材料.将一般统计数据与实地调查数据对比发现,一般统计数据能较好地反映企业实际物质投入产出情况;利用一般统计数据,模型对新乡市产业共生网络结构模拟的准确率高达92.6%,显示该模型能较为有效地对产业共生的实际情况进行模拟.      

鄂尔多斯盆地马家沟组马五_1亚段地层水特征及对CO_2地质封存的意义

CO_2地质封存技术是实现碳减排的有效措施,对鄂尔多斯盆地马家沟组马五_1亚段地层水特征进行研究,是下一步实施工程化CO_2封存的首要前提。本文依据对深部钻井取样的直观观察与实验测试,采用单项指标分类评价和多项指标综合评价的方法深入分析了马家沟组马五_1亚段地层水的物理性质、化学性质、地层水类型和水化学特征参数。结果表明:马家沟组马五_1亚段地层水密度较大、矿化度极高,属于卤水,含量最多的离子是Cl~-,其次是Ca~(2+),地层水是CaCl_2型。钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和镁钙系数的分析表明马五_1亚段地层水封闭性极好,处于较强的还原环境。综合分析认为马家沟组马五_1亚段地层水具备实施CO_2封存的良好条件,非常适宜进行CO_2封存。     

重庆市主城区大气中NO2浓度时空分布特征

利用2017年1月1日～2017年12月31日重庆市主城区17个国控空气质量监测站24 h自动连续采样的二氧化氮(NO_2)浓度小时数据,探讨九个主城区大气中NO_2浓度的时空分布特征、与气象参数之间的关系和气团运动的影响。结果表明,主城区大气NO_2浓度全年北碚区达标率较高(76.16%),渝中区达标率低(3.84%),日均浓度呈夏季前下降、夏季后上升的趋势;月均浓度表现为冬季月份浓度高,其次为春季、秋季和夏季月份;周六、周日、周一和周二的浓度均值较高,周三、周四和周五的较低;小时浓度基本呈5:00～11:00和16:00～20:00上升、其余时间段下降的变化趋势;大气NO_2浓度空间分布差异显著,西北地区(北碚)大气NO_2浓度偏低、渝中区及其附近区域浓度偏高。影响大气中的NO_2浓度的主要气象因素有:气温、降水量、气压、日照和相对湿度;四季气流输送中,春冬季气流轨迹相似,主要源自西部、西北部气流,春季气流轨迹的ρ(NO_2)最高,夏季最低。研究结果可为今后重庆市大气的治理提供研究基础。     

2005~2016年中国大气边界层SO2的时空变化趋势

利用臭氧观测仪（OMI）卫星遥感反演的大气边界层（PBL）SO₂柱含量（PBL SO₂）数据分析了自2005年以来中国PBL SO₂柱含量数据的空间分布特征、变化趋势及其影响的原因.从长时间尺度上,PBL SO₂柱含量呈现明显的下降趋势.2005年中国区域年平均PBL SO₂柱含量为0.317DU,2016年为0.276DU,减少了0.041DU,大约为13.2%.SO₂柱含量呈现明显的周期变化特征.冬季浓度较高,夏季较低,最小值和最大值分别出现在7和12月,分别为0.246和0.404DU.小波分析显示SO₂的变化在10个月的尺度水平上存在明显的主振荡周期,在40个月的尺度水平上存在明显的次周期变化.中国区域SO₂污染严重的高值区主要出现在京津冀鲁环渤海地区、关中平原（山西省和陕西省）、河南省大部分地区、四川盆地、长江三角洲地区和珠江三角洲.最大的SO₂柱含量值可达1.1DU以上.京津冀鲁环渤海地区的高值区已经延伸到长江三角洲地区,有向南延伸和珠江三角洲连在一起的趋势.由于地形和天气特征的影响,四川盆地地区SO₂出现次高值区.在青藏高原和西北地区,SO₂浓度较低,呈现背景值特征,多年平均的SO₂约在0.05DU的水平.中国区域SO₂变化趋势在空间分布上存在明显的区域差异,变化的范围在-0.70~0.15DU之间.SO₂出现逐渐减少的地区主要是在高值区,如京津冀鲁环勃海地区、关中平原、四川盆地,长江中下游和珠江三角洲.减幅最大的是四川盆地和珠江三角洲,大约减少了61%.四川盆地2005~2016年约减少了0.55DU;珠江三角洲约减少了0.45DU.出现增长的地区主要是西部和北部地区,以及东南沿海除珠三角外的大部分区域,最大增长大约为0.15DU.     

酰胺基两性分子对二硫化钨吸附铀容量的影响机制

含铀废水中铀的回收主要是基于材料与[UO₂(H₂O)₅]²⁺中UO₂ ²⁺之间的络合,但H₂O的电偶极矩对络合有显著弱化作用。采用酰胺基两性分子N,N-二甲基-9-癸烯酰胺（NADA）氢键作用与[UO₂(H₂O)₅]²⁺形成UO₂[(H₂O)_xC₁₂H₂₃NO]_n ^*（x<5,UO₂-Coordination Compound,简称UO₂-CC）,选取惰性物质WS₂为吸附材料,通过静态吸附试验（不同pH、接触时间、浓度和温度）分别研究其对UO₂ ²⁺和UO₂-CC的吸附量。动力学拟合结果表明,二者的吸附反应是化学吸附过程,UO₂ ²⁺经NADA重构后,吸附时间从240 min缩短至180 min,准二级动力学吸附常数提高1.35倍。等温吸附研究结果表明,WS₂与UO₂-CC络合过程符合Langmuir吸附等温模型,且NADA的加入使吸附由自发吸热过程转变为自发放热过程,吸附反应过程有序度增加。NADA原位重构[UO₂(H₂O)₅]²⁺后,WS₂对UO₂ ²⁺的平衡吸附量由45.03 mg/g（WS₂/UO₂ ²⁺体系）提高到122.14 mg/g（WS₂/UO₂-CC体系）。采用光谱分析（X射线光电子能谱法）从分子水平深入研究NADA原位重构[UO₂(H₂O)₅]²⁺后在WS₂上的吸附机制,揭示静电、氢键和U—S共价键等作用力对吸附的贡献,特别是NADA的氢键作用。

     

纳米二氧化钛与磷互作对莱茵衣藻砷累积与生物转化的影响

纳米材料因其较大的比表面积以及较强的反应活性,对砷（As）的环境行为具有一定的调控作用,而这可能对微藻As吸收代谢产生潜在的影响。以模式生物莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为研究对象,探究不同磷酸盐（PO₄ ³⁻）浓度下,纳米二氧化钛（nano-TiO₂）对莱茵衣藻中As(Ⅴ)累积和生物转化的影响。结果表明：暴露初期（第1天）nano-TiO₂作为载体显著促进了0.013、0.100和0.500 mmol/L PO₄ ³⁻处理组藻细胞对As的累积,但随着暴露时间的延长,nano-TiO₂的载体效应呈下降趋势;暴露结束后（第8天）,nano-TiO₂添加组中,进入藻细胞的As(Ⅴ)除了还原成As(Ⅲ)及甲基化成二甲基砷外,还能进一步转化为一种可能为砷糖的未知化合物,且随着PO₄ ³⁻浓度的降低,藻细胞内这种砷糖所占比例逐渐增加,这可能会抑制As(Ⅲ)的外排;暴露结束后（第8天）,培养基中主要检测到的As形态为As(Ⅴ)和As(Ⅲ),1.0和0.5 mmol/L处理组还有少量二甲基砷。nano-TiO₂的添加降低了培养基中As(Ⅲ)的浓度,尤其是0.5和1.0 mmol/L PO₄ ³⁻处理组。研究结果表明,纳米材料与PO₄ ³⁻的互作可显著改变微藻As的累积与代谢过程。