雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2022-02)

2022-02-01 17:41:00 0 雙良環(huán)境

1、中文標題：光催化與微藻的兩階段降解耦合增強了恩諾沙星的礦化引自：Zhikun Lu，Yifeng Xu，Lai Peng,etc.A two-stage degradation coupling photocatalysis to microalgae enhances the mineralization of enrofloxacin.Applied Chemosphere Volume 293, April 2022, 133523.

圖1
光催化和藻類過程的耦合已被用于去除廣泛使用的抗生素。在這項工作中測試和比較了單獨和聯(lián)合體系對恩諾沙星的去除能力。由于藻類對恩諾沙星的耐受性低，目標化合物在單獨的藻類處理過程中幾乎沒有降解。在單獨光催化過程中，礦化效率（定義為產(chǎn)生的二氧化碳與初始二氧化碳之比）達到了57%，其余為轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。相比之下，結(jié)合光催化和藻類工藝的兩段處理法完全去除了恩諾沙星，并將礦化效率提高到 64% 或更多。與單獨的光催化相比，添加檸檬酸作為外部共底物進一步提高了礦化效率，提高了 1.25 倍。對單獨和聯(lián)合體系中的不同降解產(chǎn)物進行了鑒定和比較，發(fā)現(xiàn)降解途徑涉及哌嗪部分和喹諾酮核心的攻擊。結(jié)果表明光催化-藻類聯(lián)合處理在去除獸用抗生素方面的潛在應用，并提高了我們對潛在機制和途徑的理解。發(fā)現(xiàn)降解途徑涉及哌嗪部分和喹諾酮核心的攻擊。結(jié)果表明光催化-藻類聯(lián)合處理在去除獸用抗生素方面具有潛在的應用前景，并提高了我們對其機理和途徑的認識。

2、中文標題：將太陽能驅(qū)動的光熱效應耦合到光催化中以實現(xiàn)可持續(xù)的水處理
引自：Yi Lua, Hao Zhanga, Deqi Fan.et al. Coupling solar-driven photothermal effect into photocatalysis for sustainable water treatment.Journal of Hazardous Materials 423 (2022) 127128.
在過去的十年中，有效地利用可再生和取之不盡的太陽輻射進行能量轉(zhuǎn)換引起了極大的研究興趣。太陽能熱轉(zhuǎn)換作為一種普遍存在的現(xiàn)象，可以用來蒸發(fā)水，同時提高光催化性能，以解決淡水短缺和能源危機。最近，伴隨光催化降解、殺菌和制氫的太陽能水蒸發(fā)已被提出作為賦予清潔水和能源生產(chǎn)領域新的活力的有前景的途徑。在合理設計的太陽能功能材料的進步的推動下，已經(jīng)開發(fā)了多種光熱耦合光催化技術。在這種情況下，有必要總結(jié)最近的進展并討論這個多學科領域的挑戰(zhàn)。在這里，我們概述了基于各種基本原理的光熱材料，并重點介紹了在太陽能水蒸發(fā)、水凈化和太陽能驅(qū)動能源生產(chǎn)領域的新興應用。此外，還提出了對基礎研究和實際應用的挑戰(zhàn)和前景。預計這篇綜述可以提供有見地的建議，以進一步推動集成太陽能熱驅(qū)動水蒸發(fā)和光催化系統(tǒng)的發(fā)展，可同時在能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境方面應用。

3、中文標題：S-NaTaO₃/生物炭在可見光下高效降解有機污染物及基于過硫酸根的雙效催化體系的光催化性能
引自：Yuehui T , Jinlong S, et al. Efficient degradation of organic pollutants by S-NaTaO₃/biochar under visible light and the photocatalytic performance of a permonosulfate-based dual-effect catalytic system[J]. Journal of Environmental Science, 2023, I25:388-400.
高效快速地去除水中高濃度的有機污染物并在可見光下提升光催化技術和提高太陽能利用率至關重要。本研究采用簡單的水熱方法制備了一種非金屬，S摻雜NaTaO₃（S-NTO）光催化劑，然后將其裝載到生物炭（BC）上形成一種S-NTO/BC復合光催化劑。均勻加載到BC上后，S-NTO顆粒從立方體變成了球形。復合光催化劑光生電子-空穴復合的可能性明顯低于NTO粒子。催化劑的光吸收范圍從310nm紫外區(qū)域有效拓寬到可見區(qū)域。此外，還構建了雙效催化體系將過氧單硫酸鹽（PMS）引入待降解污染物的環(huán)境中。在40mg/L的濃度下，羅丹明B、甲基橙、酸性橙7、四環(huán)素和環(huán)丙沙星降解效率分別達到99.6%、99.2%、84.5%、67.1%和70.7%。經(jīng)過40W燈照射90分鐘預處理后。雙效催化體系的高效可見光催化活性主要原因是摻雜了非金屬硫和將催化劑裝載到BC上。這種雙效催化系統(tǒng)的開發(fā)為快速有效解決在水環(huán)境中高濃度有機污染問題，合理充分利用太陽能，擴大光催化技術在實踐中的應用提供了新思路。

圖2（a）生物炭、S-NaTaO₃（S-NTO）、S-NaTaO₃/生物炭（S-NTO/BC）的X射線衍射光譜（XRD）。（b）含有不同量S離子的S-NTO樣品的X射線衍射圖（XRD）。S/Ta摻雜比為10、20、30和40 mol%的樣品分別標記為S10-NTO、S20-NTO、S30-NTO和S40-NTO。

4、中文標題：光催化和生物過程的同時耦合：一種增強水中難降解化合物去污能力的有前景的協(xié)同替代方案
引自：[1] Zhang C , Li Y , Shen H , et al. Simultaneous coupling of photocatalytic and biological processes: A promising synergistic alternative for enhancing decontamination of recalcitrant compounds in water[J]. Chemical Engineering Journal, 2021:126365.
對被酚類和芳香類物質(zhì)等難降解化學物質(zhì)污染的水進行去污，傳統(tǒng)的廢水處理工藝對這些物質(zhì)基本上是無效的，這仍然是全世界面臨的一個重大挑戰(zhàn)。光催化和生物處理過程同時結(jié)合在一個系統(tǒng)中，無論是否有多孔載體的支持，在去除難降解污染物方面都表現(xiàn)出卓越的協(xié)同性能，具有光催化和生物轉(zhuǎn)化的優(yōu)點。這種有前途的新興替代方案，在這里被定義為同時耦合，已經(jīng)吸引了越來越多的關注，并在過去五年中得到了實質(zhì)性的發(fā)展。據(jù)我們所知，這是第一次系統(tǒng)地對光催化和生物過程的同時耦合進行批判性綜述，以增強水中難降解物質(zhì)的去污能力。本文從光催化和生物反應的角度，綜述了兩種耦合方式在污染物氧化/還原去除中的協(xié)同作用及其關鍵影響因素，并從光催化和生物反應的角度闡述了兩種耦合方式的相互作用機理。最后，指出了耦合所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。本綜述可為化學和生物協(xié)同耦合技術的設計和應用提供有用的信息，以有效和完全地去除水中的頑固性化合物。

5、中文標題：污染程度和功能微生物空間分布不同對3種典型苦草河流修復效果的評價
引自：F Fu, Huang S , Yuan J , et al. Effect evaluation of reme-diation in three typical rivers with Vallisneria natans under diff-erent pollution and spatial characterization of functional microo-rganisms[J]. Ecological Engineering, 2021, 171:106353.
沉水植物可以改善水質(zhì)，但是對實際工程應用的評價和對生態(tài)系統(tǒng)中功能微生物角色塑造的研究仍然不夠。以廣州市3條典型河流(梯度污染、持久性點污染、非外來污染)為監(jiān)測對象，通過測定相關環(huán)境參數(shù)和污染物指數(shù)，以及利用微生物序列分析功能性微生物組成的空間特征，評價其恢復效果。結(jié)果表明，海珠濕地三期的Ph值較高(9-10) ，新石沖的溶解氧濃度相對較低(0.23-6.29 mg/L) ，隨光照強度的變化而變化。氮污染水平依次為新石沖>海珠濕地一期>海珠濕地三期。海珠濕地一期硝酸鹽去除率達88%以上。16S rRNA序列分析表明，沉積物、葉片和水體具有不同的微生物群落結(jié)構，所有樣品中都含有豐富的變形桿菌。藍細菌附著在苦草的葉子上，從而抑制了其在水體和沉積物中的生長。沉積物中主要存在硫鐵循環(huán)功能菌，葉片中也存在鐵氧化細菌。新石沖的沉積物中也含有豐富的甲烷相關功能細菌。底泥和水體中氮循環(huán)相關功能細菌的分布，以及葉片中氮循環(huán)相關功能細菌的分布，隨著污染程度的不同而不同。因此，苦草可以調(diào)節(jié)水環(huán)境，改善水質(zhì)，并作為生態(tài)系統(tǒng)中功能性微生物的重要附著點，防止水體產(chǎn)生黑臭。產(chǎn)生黑臭的過程以及微生物的協(xié)同作用機理還需要進一步研究。

6、中文標題：在補料分批式反應器中，氫氧化細菌能夠?qū)⒄姿猁}去除到超低濃度
引自：Hydrogen oxidizing bacteria are capable of removing orthophosphate to ultra-low concentrations in a fed batch reactor configuration Barbosa Raquel G, Sleutels Tom, Verstraete Willy, et al. Bioresource Technology. 2020, 311:123494.
本文提出利用氧化氫細菌( HOB )去除地表水中的正磷酸鹽作為防治藍藻水華的處理措施。為有效地去除正磷酸鹽，氫向氧化氫細菌的高效轉(zhuǎn)移至關重要。為此選擇了一種滴濾反應器，利用該系統(tǒng)對正磷酸鹽的去除率為11.32 ± 0.43 mg PO₄^3-P/L·d。在滴濾反應器上生長起來的氧化氫細菌生物量是由含1.25 %磷的干物質(zhì)上組成，這說明正磷酸鹽的去除原理是以氧化氫細菌生長為基礎的。用未經(jīng)處理和處理的水進行藍藻生長實驗，結(jié)果表明集胞藻只能在未經(jīng)處理的水中生長。處理后的水，正磷酸鹽平均殘余值為0.008 mg/L。在這個試驗研究證明，氧化氫細菌能夠?qū)⑺械恼姿猁}去除到阻止藍藻生長的濃度。

圖3 氧化氫細菌生物膜建立過程
7、中文標題：靜電場增強BiVO₄納米線光催化轉(zhuǎn)化CO₂ 引自：Electrostatic Field Enhanced Photocatalytic CO₂Conversion on BiVO₄ Nanowires, Yue, S (Yue, Shuai)^[1]; Chen, L (Chen, Lu)^[1]; Zhang, MK (Zhang, Manke)^[1]; Liu, Z (Liu, Zhe)^[1]; Chen, T (Chen, Tao)^[2]; Xie, MZ (Xie, Mingzheng)^[1]; Cao, Z (Cao, Zhen) ^[2]; Han, WH (Han, Weihua)^[2]. NANO-MICRO LETTERS光催化系統(tǒng)中光載流子的復合損耗直接決定了光催化劑的能量轉(zhuǎn)換效率。在這項工作中，靜電場通過分離空間中的光空穴和光電子來抑制光催化劑中光載流子的復合。作為模型結(jié)構，在壓電換能器（PZT）的PDMS絕緣壓電基片上生長了暴露（010）晶面的BiVO₄納米線。PZT襯底在一定的應力作用下會產(chǎn)生靜電場，而BiVO₄納米線的光催化性能受靜電場的影響。結(jié)果表明，在負電場作用下，BiVO₄納米線的光催化性能是無電場作用下的5.5倍。此外，產(chǎn)品中的甲烷濃度從29%提高到64%。二氧化碳還原效率的提高主要歸因于BiVO₄納米線中光載流子的復合損失受到抑制。光載體能量的增加和對極性分子的表面吸收的增強，在提高光催化劑的光催化活性和產(chǎn)物選擇性方面也起著重要作用。這項工作提出了一種有效的策略來改善光催化系統(tǒng)中光載流子的分離/轉(zhuǎn)移動力學，這也將為光伏和光探測設備提供參考。

圖4

8、中文標題：基于生態(tài)系統(tǒng)的恢復以減輕富營養(yǎng)化：淺水湖泊的個案研究
引自：Konghao Zhu , Yao Wu , Chunhua Li .et al, Ecosystem-Based Restoration to Mitigate Eutrophication: A Case Study in a Shallow Lake, Water 2020, 12, 2141.
在人類活動的影響下，富營養(yǎng)化已成為日益嚴重的全球現(xiàn)象，尤其是在淺水湖泊中。許多研究表明，水生植物在控制富營養(yǎng)化方面發(fā)揮著重要作用，但這些研究中只有少數(shù)是基于生態(tài)系統(tǒng)的。在本文中，我們將質(zhì)量平衡生態(tài)系統(tǒng)模型應用于淺水富營養(yǎng)化湖泊（中國大同湖）作為案例研究，旨在評估生態(tài)系統(tǒng)狀況通過恢復水生植被和提供適應性管理建議進行恢復。結(jié)果表明，生態(tài)系統(tǒng)不成熟，能量流動和養(yǎng)分循環(huán)較弱，這主要是由于過度沉沒的大型植物和缺乏魚類作為消費者。在恢復初期，應減少魚類數(shù)量，恢復水生植被以緩解富營養(yǎng)化。當水生植被群落趨于穩(wěn)定時，應適度放養(yǎng)草食性和雜食性魚類，并采收死去的水生植物維護生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展。該研究為淺水富營養(yǎng)化湖泊的生態(tài)修復提供了啟示，揭示了基于生態(tài)系統(tǒng)的修復的迫切需求。本文成功構建了大同湖生態(tài)系統(tǒng)模型。大同湖生態(tài)系統(tǒng)的高TPP/TR（總初級生產(chǎn)與總呼吸的比值）和TPP/TB（預計總初級產(chǎn)量與總生物量），以及低TE（轉(zhuǎn)移效率）、FCI（Finn的循環(huán)指數(shù)）、FMPL（Finn的平均路徑長度）、CI（連接指數(shù)）和SOI（系統(tǒng)雜食指數(shù)）表明其處于不成熟的發(fā)展階段；大同湖生態(tài)系統(tǒng)成熟度低的主要原因是沉水植物過多和魚類缺乏。降低沉水植物的生物量和增加魚類的生物量可以顯著提高生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和養(yǎng)分循環(huán)。但生物量的增加或減少幾乎不能改善食物網(wǎng)結(jié)構；移除大型植物、放養(yǎng)草食性和雜食性魚類以及合理捕魚不僅可以增強生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和養(yǎng)分循環(huán)，而且可以改善食物網(wǎng)結(jié)構。本研究為淺水富營養(yǎng)化湖泊的生態(tài)修復提供了理論和科學支持。

圖5：經(jīng)濟大同湖食物網(wǎng)的流程圖（左）和林德曼脊椎（右）。不同的顏色對應不同的官能團，每條線段的粗細表示相對能量流，字體大小表示相對生物量。P：生產(chǎn)者；D：碎屑；TL：營養(yǎng)級；TST (%)：系統(tǒng)總吞吐量（%）；TE：轉(zhuǎn)移效率。

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