氧改性斜发沸石缓解缺氧沉积物甲烷释放的模拟研究

富营养化导致藻类过度繁殖和缺氧频发,易引发甲烷大量释放,已经成为河口和近岸海域严重的环境问题.本研究通过氧改性斜发沸石制备氧纳米气泡,用于模拟研究原位修复缺氧沉积环境和缓解沉积物甲烷释放.氧改性斜发沸石覆盖缺氧沉积物12 h后,上覆水中溶解氧含量从0.22 mg·L^-1上升至4.28 mg·L^-1,氧化还原电位由-59 mV上升至2 mV;沉积物向上覆水释放的20 d累积甲烷通量比未覆盖组下降了99.0%;荧光定量PCR对产甲烷古菌丰度进行绝对定量的结果表明,上层沉积物中产甲烷古菌丰度从8.90×10⁷拷贝数·g^-1下降至1.65×10⁷拷贝数·g^-1.氧改性斜发沸石形成的有氧覆盖层能够显著抑制产甲烷古菌的活性,有效缓解沉积物甲烷释放,是可行的原位修复缺氧沉积环境的手段.     

老化聚苯乙烯纳米塑料对铜绿微囊藻的影响

为探究新生和老化聚苯乙烯纳米塑料（PSNPs）对铜绿微囊藻生长和产毒特性的影响,本研究通过紫外老化制备了50nm的老化PSNPs,开展了不同浓度（0.1,1,10mg/L）新生和老化PSNPs对铜绿微囊藻的长期（37dd）暴露试验.结果表明,紫外老化处理使PSNPs表面出现裂纹,平均粒径变小,羰基指数由0.023上升至1.055.两种PSNPs均会在铜绿微囊藻细胞表面聚集,其中老化PSNPs暴露造成的细胞形态损伤更严重,并对铜绿微囊藻造成剂量正相关的生长和光合抑制,氧化损伤,促进了微囊藻毒素（MC-LR）的合成和释放.在相等暴露剂量下,老化PSNPs对铜绿微囊藻上述生理过程的调控作用更强.其中,10mg/L新生和老化PSNPs暴露下,最终藻密度比对照组分别降低了26.65%和45.07%,丙二醛（MDA）含量的最大值是对照组的1.74和1.93倍,最终胞外MC-LR含量是对照组的1.26和1.44倍.老化PSNPs对胞外MC-LR相对更强的促进作用,是由其诱导的MC-LR合成增加和细胞膜破损所共同导致的.     

纳米ZnO胁迫下SBBR污染物去除性能及微生物群落响应

为探究生物膜处理系统对纳米ZnO的耐受性能,构建序批式生物膜反应器（SBBR）开展纳米ZnO对生物膜的胁迫试验.计算纳米ZnO在生物膜中的累积量,研究其对有机物、氮、磷的去除性能影响,判定SBBR对纳米ZnO的耐受阈值.通过测定生物量、微生物活性及群落结构变化,分析微生物群落对纳米ZnO的响应.结果表明：低浓度（1~10mg/L）纳米ZnO对COD、NH₄⁺-N、溶解性磷（SOP）去除无显著影响,但5mg/L纳米ZnO对微生物代谢速率和生物活性产生促进作用.纳米ZnO浓度逐增至50mg/L,对生物量、微生物活性抑制作用增强,COD、NH₄⁺-N、SOP去除率分别下降26.45%、57.83%和43.50%.纳米ZnO的胁迫对SBBR中COD去除性能影响最小,对NH₄⁺-N影响较大.COD所指示SBBR的纳米ZnO耐受阈值为911.49mg,而NH₄⁺-N、SOP所指示的耐受阈值为579.83mg.纳米ZnO的胁迫降低了系统中微生物群落的多样性,改变了群落结构组成,Proteobacteria和Chlorofiexi相对丰度由21.09%和7.03%分别降至8.00%和2.60%,致使NH₄⁺-N去除受到显著抑制;Patescibacteria丰度由9.33%突增至56.64%,为有机物的去除起到至关重要的作用.污染物去除性能及微生物活性表明,SBBR生物膜系统对纳米ZnO的耐受性强于活性污泥法.     

纳米零价铁基生物炭活化过硫酸盐降解土霉素

采用纳米零价铁基生物炭(nZVI-BC)耦合过二硫酸钠(PDS)或过硫酸氢钾(PMS)构建吸附-高级氧化复合体系开展水中土霉素(OTC)的高效降解。考察了在不同PDS/PMS浓度、nZVI-BC投量、OTC浓度及初始pH条件下OTC的去除规律,并对体系中活性物种进行探究。结果表明:在0.20 mmol/L PDS/PMS,0.01 g nZVI-BC,50 mg/L OTC,原始pH为5.0±0.1条件下,OTC去除率可达到80%以上;SO₄-·在nZVI-BC/PDS体系中对OTC降解占有绝对主导地位(贡献度为57.00%),nZVI-BC/PMS体系则主要依靠SO₄-·、O₂-·和1O₂。     

纳米颗粒物对肺表面活性物质界面性质的影响

以纳米二氧化硅、纳米碳粉、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米碳化硅和纳米四氧化三铁等纳米颗粒物(NPs)为代表,研究其对肺表面活性物质(PS)界面性质的影响.结果表明,NPs对PS中的磷脂和蛋白组分均有吸附作用,其中纳米二氧化硅和纳米四氧化三铁分别对磷脂和蛋白组分的吸附能力最强,吸附率为89.3%和82.5%.NPs的存在会导致PS溶液的表面张力升高,这当中纳米二氧化硅的效果最为显著.纳米碳化硅和纳米二氧化硅等颗粒物会引起PS膜的π-A等温线的内缩/外扩,且颗粒物浓度越高,表面压力变化越明显.此外,PS也会对NPs的水合动力学直径和Zeta电位产生影响,导致其分散状态变化.由此可见,NPs可通过改变PS的组成和界面性质而具备危害人体健康的潜力.     

乳化纳米铁(EZVI)强化地下水氯代烃还原脱氯

对氯代烃污染地下水进行厌氧微生物还原脱氯时,存在微生物驯化时间长、pH值持续降低、有毒中间产物累积等限制修复效率的问题,为解决上述问题,本课题组制备了一种乳化油(EVO)包覆纳米零价铁(NZVI)的修复试剂,即乳化纳米铁(EZVI),其可以抑制NZVI钝化,增强反应速率并促进厌氧微生物脱氯反应.通过静态批实验探究了EZVI与三氯乙烯的反应动力学及EZVI对四氯乙烯(PCE)还原脱氯的中间代谢产物,并阐明了该过程机理.结果表明EZVI可以有效延缓NZVI钝化、提高反应活性,反应符合一级反应动力学,k_obs=0.182d^-1;EZVI还原PCE可以减少中间产物二氯乙烯的积累,10天内去除PCE达到97.2%,比EVO还原体系提高了68.9%;反应过程中pH值保持在6.5~7.5,ORP值在-50~10mV,提供了良好的还原环境,有效促进了厌氧微生物脱氯反应进行.     

制备高通量、抗污染PDA/PEI纳米颗粒膜用于农村含油生活污水处理

水处理分离膜具有纳米尺度筛分孔道,虽适合分散式处理农村生活污水中油水乳化液,但膜污染严重,导致膜通量较低.因此,设计抗污染、高通量水处理分离膜可实现农村含油生活污水高效处理.本文采用真空辅助自组装技术,在高分子膜表面及内部负载聚多巴胺（PDA）/聚乙烯亚胺（PEI）纳米颗粒,制备了PDA-NP膜.由于纳米颗粒含有丰富的亲水基团,改性后膜纯水通量及农村含油生活污水通量恢复率分别高达（741.23±17） L/（m²·h）及99.4%,实现了高通量、抗污染目标;另外,对农村含油生活污水TOC的去除率达45.12%,具有较强的实际意义.     

负载纳米零价铁的铁碳材料制备及其降解抗生素性能研究

近年来,基于纳米零价铁(nano zero-valent iron,nZVI)的非均相Fenton氧化技术成为了抗生素废水研究领域的热点,但是nZVI易迁移和易团聚的缺点限制了其进一步应用. 为了解决该问题,本文选择含氮有机物乙二胺四乙酸(EDTA)和三聚氰胺(MA)作为配体,含有机碳的醋酸亚铁作为铁源,采用机械球磨法-高温裂解相结合的方法制备了负载nZVI的铁碳材料,并以磺胺噻唑(sulfathiazole,STZ)为目标污染物,探讨了Fe@EDTA (醋酸亚铁@乙二胺四乙酸)和Fe@MA (醋酸亚铁@三聚氰胺)2种铁碳复合材料激发过氧化氢(H₂O₂)的非均相Fenton催化体系(Fe@C-H₂O₂体系)的影响因素及其作用机制. 结果表明:①Fe@EDTA材料中纳米铁粒子的直径约为4 nm,在碳层中均匀分布,这种结构使得其具有较强的催化能力,而Fe@MA材料中的nZVI则聚集成直径约为400 nm的大颗粒,被100 nm碳层包覆. ②Fe@EDTA材料的最佳铁碳比(醋酸亚铁与有机配体的质量比)为2∶1,Fe@MA材料的最佳铁碳比为3∶1,2种铁碳复合材料的最佳试验条件均为初始pH =3、H₂O₂投加量25 mmol/L、铁碳复合材料投加量0.2 g/L、STZ初始浓度20 mg/L. 在最优条件下,2种铁碳复合材料的Fe@C-H₂O₂体系均可在30 min内完全降解STZ. ③STZ的降解以及羟基自由基(?OH)的产生均符合伪一级动力学模型. ④连续运行300 min后,Fe@EDTA-H₂O₂体系对STZ的降解率仍高达82%,而Fe@MA-H₂O₂体系对STZ的降解率约为48%. ⑤基于?OH猝灭试验,推测铁碳复合材料与H₂O₂的非均相Fenton催化体系的机理是nZVI诱导的非均相Fenton氧化,其中?OH和超氧自由基(?O₂?)在氧化降解有机污染物过程中起到关键作用. 研究显示,nZVI颗粒粒径更小的Fe@EDTA材料具有更加优异的催化性能以及更好的重复利用性和稳定性,能够高效降解水中的STZ.      

基于神经网络模型绿色合成纳米氧化锰及其性能研究

近年来,基于对纳米材料生物毒性和合成成本的考虑,纳米材料的绿色合成和应用在环境领域受到了广泛关注,但迄今仍面临纳米材料的绿色合成机制尚未明确及去除效率不理想两个问题.本研究选择As（III）和As（V）作为目标污染物,通过神经网络模型对纳米氧化锰（MONPs）的合成条件进行优化,发现当污染物浓度和材料投加量分别为0.1 mg?L^-1和5 mg?L^-1时,优化后的MONPs对As（III）和As（V）的去除 效率分别从43.9%、80.0%提高到90.2%、92.2%.从SEM的结果中发现优化后的材料粒径更小,根据EDS和FTIR结果,可以证明优化后材料中的Mn元素比例显著增加.另外,XRD和XPS结果则证明优化后材料从原来的Mn（II）变为Mn（IV）,提高了材料的氧化能力.Zeta电位结果表明优化后材料表面的负电荷减少,进而循环伏安法结果证实了材料电子转移能力的提高,均有利于As的去除.最后,优化后MONPs在经过5次重复利用后仍具高的性能,同时对多种重金属具有一定的吸附能力.显然,基于神经网络模型绿色合成氧化锰纳米材料对砷污染修复具有 较强的针对性和实用性.