Synthesis of TiO2 nanoparticles in different thermal conditions and modeling its photocatalytic activity with artificial neural network

Titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles were prepared by sol gel route. The preparation parameters were optimized in the removal of 4-nitrophenol (4-NP). All catalysts were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). An artificial neural network model (ANN) was developed to predict the photocatalytic removal of 4-NP in the presence of TiO₂ nanoparticles prepared under desired conditions. The comparison between the predicted results by designed ANN model and the experimental data proved that modeling of the removal process of 4-NP using artificial neural network was a precise method to predict the extent of 4-NP removal under different conditions.     

纳米铁酸镍的制备及可见光催化性能研究

利用水热法制备了纳米铁酸镍,表征了其微观结构和光谱性能,并以罗丹明B溶液作为目标污染物,研究了铁酸镍催化剂的可见光催化性能。结果表明:所制备铁酸镍的微观形貌为由直径200-300 nm左右的类似球形小颗粒组成的大颗粒,平均粒径为95.60 nm,在紫外-可见光谱区均有较强的光吸收。光催化过程中催化剂的适宜用量为0.05 g,少量H2O2的加入有助于提高罗丹明B溶液的降解率。催化剂用量为0.05 g,加入0.4 mL 30%的H2O2,降解50 mL 20 mg/L罗丹明B溶液,模拟太阳光照射240 min后降解率能够达到99.2%。在实际太阳光照射下,240 min后罗丹明B溶液的降解率可以达到85.2%。     

沸石和活性炭处理氨氮废水的实验研究

文章选用具有较强选择性和吸附性的13X沸石和活性炭作为吸附材料,以人工配置的含氨氮废水模拟实际废水,分别以溶液pH值、吸附时间、初始浓度和投加顺序等作为影响因素,通过实验来系统地考察所选材料对废水中氨氮的去除技术参数。结果表明:所选材料具有较好、较稳定的吸收效果,在其他条件一定的情况下,13X沸石在pH值为中性,吸附时间为40 min时对氨氮的去除率最大,达87.9%。且在相同实验条件下,先投放活性炭再投放沸石去除氨氮的效果较好,比先投放沸石然后投放活性炭的效果高出25%左右。     

纳米Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

小型池塘水-气界面CH4冒泡通量的观测

为了量化亚热带浅水养殖塘CH_4冒泡通量占CH_4总通量的比例,选取安徽省全椒县两个小型池塘为研究对象,采用倒置漏斗法和顶空平衡法,自2016年7月28日至8月13日观测夏季水-气界面的CH_4通量.结果表明,两个池塘CH_4冒泡通量分别是121.78 mg·(m~2·d)~(-1)和161.08 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4扩散通量分别是3.38 mg·(m~2·d)~(-1)和3.79 mg·(m~2·d)~(-1),CH_4冒泡通量占总通量比例分别是97.5%和96.4%.CH_4冒泡通量具有高度空间异质性,A塘CH_4冒泡通量的变化范围为0.11~446.90 mg·(m~2·d)~(-1),B塘CH_4冒泡通量变化范围为0.05~607.51 mg·(m~2·d)~(-1).两个池塘的气体冒泡速率都是白天高于夜间,主要受风速控制.对于较浅的池塘,在小时尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速;在日尺度上,CH_4冒泡通量的主要影响因素是风速和水深,其中CH_4冒泡通量与风速呈正相关关系,与水深呈负相关关系.不同纬度的水体CH_4冒泡通量不同,中纬度地区的淡水环境比高纬度地区CH_4冒泡通量更高.通过观测手段量化小型浅水池塘CH_4冒泡通量,可以为准确估算内陆水体对区域和全球碳循环的贡献提供数据支持和理论参考.     

磁性纳米铁对厌氧颗粒污泥特性及其微生物群落的影响

考察了磁性纳米铁(Fe3O4NPs)对厌氧颗粒污泥溶解性微生物产物(SMP)、疏松胞外聚合物(LB-EPS)、紧密胞外聚合物(TB-EPS)的影响,同时利用高通量测序技术对厌氧颗粒污泥内微生物群落结构的变化进行了分析.结果表明,在长期接触实验过程中,投加Fe3O4NPs的反应器对COD去除率为83.6%,与对照组相比降低了5.7%.对照组与实验组中厌氧颗粒污泥TB-EPS含量(以VSS计)分别为178.20 mg·g-1和138.24 mg·g-1,而SMP含量分别为34.88 mg·L-1和27.44 mg·L-1;同时投加Fe3O4NPs后,在LB-EPS三维荧光(EEM)光谱中,紫外光区类腐殖酸荧光峰消失,辅酶F420荧光峰强度有所降低.在长期接触实验后,甲烷杆菌属(Methanobacterium)所占比例从76.15%增至86.76%,而甲烷丝菌属(Methanothrix)所占比例从17.1%降至7.51%,Methanothrix对于Fe3O4NPs更为敏感;总细菌群落变化明显,其中变形菌门(Proteobacteria)所占比例从66.44%降至47.16%,放线菌门(Actinobacteria)所占比例从8.97%增至17.33%,拟杆菌门(Bacteroidetes)所占比例从8.07%增至17.74%,厚壁菌门和拟杆菌门比例的增加对有机物的厌氧水解过程发挥积极的作用.     

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.     

TiO2/pg-C3N4复合催化剂的制备及光催化性能

通过简单的超声剥离分散和水热法,成功制得了具有多孔结构的TiO₂/pg-C₃N₄复合催化剂.利用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS和PL对样品的形貌、结构及光学性能进行了表征.在模拟太阳光照射下,以RhB和MO为模拟污染物考察了TiO₂/pg-C₃N₄的光催化性能.结果表明：当TiO₂占pg-C₃N₄的质量分数为5%时,制得的TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）复合催化剂具有最优的光催化性能.TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）对RhB的光催化降解途径为O^2·-和h⁺使整个共轭发色团结构发生裂解.TiO₂/pg-C₃N₄（5：100）光催化性能的提高一方面是由于多孔结构增加了光催化反应的活性位点;另一方面是由于TiO₂与pg-C₃N₄之间形成了Z型异质结,与传统的Ⅱ型异质结相比,该复合催化剂不仅使光生载流子分离效率提高,同时保留了pg-C₃N₄导带电子的强还原性和TiO₂价带空穴的强氧化性.     

Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)铁氧体工艺原位处理PVA废水及其沉淀物回收利用

为了评价Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA（聚乙烯醇）废水处理的可行性,采用Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺原位处理PVA模拟废水,考察不同作用时间、总铁投加量、初始ρ（PVA）和废水硬度对该工艺处理效果的影响.利用XRD（X射线衍射）、FT-IR（傅里叶转换红外光谱）、BET比表面积、VSM（磁滞回线测试）对沉淀物进行表征,解析该工艺原位处理PVA模拟废水的主要机理,并以该工艺沉淀物为吸附剂,通过锑吸附试验,探讨该工艺沉淀物的回用性.结果表明:①Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA模拟废水具有良好的处理能力,初始ρ（PVA）为1 000 mg/L时,该工艺在20 min以内即可达到80%以上的去除率,并且基本没有金属铁的残余,该工艺对PVA的去除率随总铁投加量的增加而提高且基本不受水体硬度影响. ②在Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺对PVA的原位去除过程中,PVA作为一种反应物参与沉淀物Fe₃O₄的生成,并促进纳米Fe₃O₄比表面积增大,最终形成一种类似于凝胶的Fe₃O₄聚合物. ③Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效处理模拟PVA-MB（亚甲基蓝）染料废水.对于含有100 mg/L MB（亚甲基蓝三水）和500 mg/L PVA的混合溶液,MB和COD_Cr去除率在1 min时分别达到97.37%和89.47%.沉淀物通过磁分离、乙醇和水清洗后,在水中浸出的ρ（TOC）和ρ（COD_Cr）很低,分别为0.86和2 mg/L,可作为吸附剂直接使用,得益于其具有较高的比表面积,对金属锑的拟合吸附量可达71.94 mg/g. ④Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺具有一定的实际应用价值.对东莞某实际印染废水处理5 min,COD_Cr和染料的去除率分别为85.71%和98.98%.研究显示,Fe（Ⅲ）/Fe（Ⅱ）铁氧体工艺可高效去除PVA,沉淀物为易回收的磁性Fe₃O₄,可作为吸附剂直接使用.      

喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

研究了2016和2017年传统灌溉（沟灌）和节水灌溉（喷灌）方式氨（NH₃）挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮（NH₄⁺-N）、硝态氮（NO₃^--N）以及气温降水等因素对NH₃挥发的影响.结果表明,NH₃挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH₃挥发峰值,喷灌和沟灌的NH₃挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/（hm²·d）和11.11kg/（hm²·d）,2017年分别为2.42kg/（hm²·d）和11.73kg/（hm²·d）;马铃薯生长季NH₃挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH₃累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH₃挥发速率与土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,与体积含水量、NH₄⁺-N、NO₃^--N浓度呈极显著正相关（P<0.01）.