Fenton和光-Fenton反应处理二次纤维制浆废水的研究

采用高效节能的Fenton和光-Fenton技术对二次纤维制浆废水的处理进行了对比研究。结果表明,Fenton和光-Fenton技术处理该废水非常有效,在最佳实验条件下(Feton试剂最佳物质的量比为10∶1、H2O2用量1678.75 mg/L、温度为30℃、Fenton和光-Fenton反应体系的最佳pH值分别为2.8和3.0),经过90 min的反应,可使二次纤维制浆废水的最大吸光度降低约92%和99%,并可去除87%和95%的CODCr。减小Fenton试剂比可加快有机物的降解速率;增加H2O2用量可以增加有机物的降解程度;根据废水CODCr值计算得到的H2O2理论投加量可以满足降解废水中有机物的需求;光照可提高最佳pH值,显著提高较高pH值体系的有机物降解速率和废水处理效果;光源和光照强度不同,有机物的降解程度不同。

废纸制浆废水在光-Fenton反应中的降解

在太阳光模拟灯的照射下,采用光-Fenton反应对废纸制浆废水进行了处理。结果表明,在Fenton试剂最佳物质的量比为10∶1、最佳pH值为2.8的条件下,光-Fenton反应处理废纸制浆废水效果显著,H2O2用量、催化剂种类和反应时间对TOC的去除也均有很大影响。在H2O2和Fe(Ⅱ)的用量分别为1883 mg/L和310 mg/L、pH值2.8及30℃的条件下,经过90min的处理,废水的TOC可去除66%以上。

蒙脱土在光助非均相Fenton 反应中的应用研究进展

蒙脱土因具有良好的阳离子交换能力和吸附能力被广泛用作非均相Fenton催化剂的载体。介绍了蒙脱土负载铁氧化物、蒙脱土负载改性铁氧化物和蒙脱土负载半导体/铁氧化物三类催化剂在非均相光-Fenton反应处理水中污染物的应用,就三类催化剂对污染物的降解机理和蒙脱土的作用进行分析,并对蒙脱土基非均相Fenton催化剂未来的研究方向进行探讨。

邻氯苯酚废水的光助-Fenton氧化反应机理研究

利用光助-Fenton高级氧化处理技术对氯酚废水进行了处理研究,结果显示,光助-Fenton氧化对氯酚废水有很好的去除效果,在1/4Qth理论投加量,处理90min,邻氯苯酚去除率可达90%以上,通过对反应中间产物的分析发现,氯离析过程要比邻氯苯酚的降解要慢,实验测得的氯离子只是假设邻氯苯酚氧化过程中氯离子全部释放量的一部分.所以可以认为邻氯苯酚与羟基自由基的反应过程中,氯离子不是直接从芳香环上释放,而是先开环形成含氯脂肪烃,再发生脱氯反应.

非均相Photo-Fenton反应中催化剂及其光催化机理研究进展

非均相Photo-Fenton反应体系具有反应效率高、有效pH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势,是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。本文简单介绍了近几年来有关非均相Photo-Fenton体系中负载型光催化剂的最新研究成果,主要包括以SiO_2、Al_2O_3、分子筛、碳基材料、黏土材料等无机载体,以及以离子交换树脂和有机纤维材料等有机载体制备的负载型光催化剂,并且在此基础上着重讨论了光催化机理。对目前非均相Photo-Fenton反应存在的一些问题以及未来发展方向作了总结与展望。

光酶催化混乱性反应的研究进展

光催化具有条件温和、可再生、反应性强等优点,然而由于自由基的高活性往往导致其选择性难以调控,限制了光催化在不对称有机合成中的广泛应用。酶催化虽具有高选择性和专一性的优势,但这也导致其存在反应类型单一和底物谱窄等缺陷。将反应性强的光催化与选择性高的酶催化相结合的光酶催化则可以提供一种全新的合成模式,实现优势互补,更加符合现代绿色有机合成的要求。狭义的光酶催化反应,也就是光酶协同反应一般包括以下四类:天然光酶反应,人工光酶反应,光催化与酶催化的偶联反应以及光酶催化混乱性反应。近年来,光酶催化的研究蓬勃发展,解决了许多传统有机合成中难以实现的问题,尤其是在不对称合成领域已占据重要地位。例如,脂肪酸光脱酸酶可以催化长链脂肪酸脱羧转化为相应烃类;结合光敏辅因子和蛋白骨架的人工光酶大大拓展了酶的应用范围,催化更多样化非天然有机化学品的生物合成;光催化剂催化光化学反应与酶催化反应的偶联方式可以实现一些复杂的有机合成过程;以及近年来一些含有光敏辅因子的氧化还原酶在光激发下催化新分子混乱性反应的功能。尽管已有许多文献对相关研究进行了总结,但是自2023年以来,光酶催化混乱性研究不断突破,涌现出许多全新的光酶催化反应类型和反应机理,立体选择性和区域选择性的精准调控更是满足了不对称合成的重大需求。对于这个飞速发展的领域,系统归纳其成果仍显得至关重要。因此本综述聚焦在光激发下光敏辅因子依赖型酶催化的混乱性反应最新研究成果,根据不同催化反应类型,分别介绍光酶通过自由基途径实现不对称脱卤、氢化、分子内环化、分子间C—C/C—N/C—S键交叉耦合等非天然反应。这些反应由于酶和底物的不同,展示了不同机理。例如在氧化还原起始过程中,包括单电子还原起始和单电子氧化起始两种类型;在自由基终止过程中,可能采用单电子还原终止和单电子氧化终止,而单电子还原终止方式中也存在氢原子转移和电子转移/质子转移耦合过程等不同情况。机理的多样性也为拓展更多的光酶催化混乱性反应提供了可能。在未来,新型的光酶催化方法将在快速发展的基因工程、合成生物学、酶工程,以及流动化学、人工智能等学科和技术的推动下,涌现出更多高效、高选择性的新分子新功能反应,显著拓展光酶催化方法在有机合成(尤其是绿色不对称合成)领域中的应用范围。

基于内置光纤/导光管反应器的微藻固碳减排研究

我国燃煤电厂每年排放CO_(2)超过57亿t,为保障双碳目标如期实现,必须大幅降低燃煤电厂的CO_(2)排放。微藻固碳通过高效的光合作用吸收CO_(2)转化为生物质,是极具潜力的燃煤电厂减碳技术,但目前微藻固碳性能严重受限于反应器内光传输。导光管可灵活调节反应器内光分布,而光纤可集中传输光线且光损耗低,因此提出光纤/导光管微藻光生物反应器,扩大藻液受光面积,增加藻细胞色素的光捕集,促进微藻光合固碳。利用光学仿真软件对光纤/导光管内传输的光线进行追踪,获得了光纤/导光管管壁的光强分布。在不同反应器、输入光能条件下进行微藻培养实验,获得了微藻生物量、固碳速率与叶绿素含量的变化趋势,分析了内置光纤/导光管对微藻固碳的影响规律。结果表明:平面末端的光纤射出光的光强在导光管侧30~140 mm内迅速下降,导光管发光范围集中。在导光管底部添加锥形反光件反射抵达管底的透射光、并设计阶梯型光纤使输入光由不同阶梯分级发出,可使微藻光生物反应器内光分布更加均匀,反应器内部远离光源区域的藻细胞可以有效接受光能进行光合固碳。当光能输入为3.3 W/L时,含两级阶梯结构光纤和锥形反光件的导光管管侧表面最低光强为47μmol/(m^(2)·s),平均光强达64μmol/(m^(2)·s),较无光纤仅顶部给光的导光管侧面平均光强提高了2.6倍。微藻在插入阶梯型光纤的光生物反应器(SF-PBR)培养7 d后生物量达到1.9 g/L,比在插入平面端光纤的光生物反应器(FF-PBR)中培养的生物量高46.2%,比仅顶部受光的光生物反应器(LG-PBR)中培养的生物量高111.1%。当提升光源输入至5.0 W/L,微藻培养7 d后的生物量高达2.8 g/L,培养期间保持高固碳速率(608.3 mg/(L·d)),比对照组LG-PBR的固碳速率提高1.9倍。

基于7Li(p,γ)8Be共振核反应伽马源的光核嬗变实验原理验证研究

光核嬗变可作为长寿命核废料嬗变的一种补充手段.随着强流质子加速器技术的发展,共振核反应γ源的流强可达到较高强度.7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的148MeV与176MeV伽马射线恰好位于巨共振区内,是研究光核嬗变的较好选择.本工作基于中国原子能科学研究院2×17MV串列加速器,利用7Li(p,γ)8Be共振核反应产生的高能伽马射线对197Au进行了光核嬗变实验研究.在质子流强081μA的条件下,当金靶厚度为2mm时,反推得到4π方向上的总嬗变率为(58683±2298)s-1.该实验结果为将来利用共振核反应伽马源进行光核嬗变实验研究奠定了技术基础.

协同光电及热效应实现铜光阴极上等离激元催化高效硝酸根还原反应

近年来,电催化硝酸根还原反应(NO_(3)RR)已经成为水处理和合成氨领域的研究热点.相比于传统的电催化剂,等离激元辅助的电催化反应通过将太阳能和电化学偏压同时施加到金属纳米结构上,在实现高效太阳能到化学能转化领域展现出了巨大潜力.然而,目前有关等离激元辅助NO_(3)RR的文献报道较少,已有的研究主要集中于利用金(Au)纳米结构的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR.但Au对NO_(3)RR的本征电催化活性很差,这导致在等离激元辅助NO_(3)RR领域,氨的产率和法拉第效率难以令人满意.此外,对于等离激元辅助NO_(3)RR的机理研究不深入,例如如何区分等离激元产生的光电效应和光热效应对NO_(3)RR的影响,以及等离激元激发的金属纳米结构是如何影响NO_(3)RR过程等问题都尚未解决.因此,有必要采取有效的策略来深入探究等离激元辅助NO_(3)RR的内在机制,从而进一步提高其催化性能.铜(Cu)作为一种高效的硝酸根还原电催化剂,同时是一种典型的具有等离激元效应的金属材料.然而,目前关于利用Cu的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR的报道很少.本文报道了利用Cu纳米线(CuNWs)的等离激元效应辅助增强NO_(3)RR性能.在等离激元激发条件下,CuNWs展现出较好的NO_(3)RR催化性能.在协同的光电和热效应的作用下,与暗态常温条件相比,催化性能提升了近2倍.经过400次循环伏安测试,CuNWs光阴极的电流密度仅下降到初始值的88%,而在黑暗条件下,CuNWs光阴极催化NO_(3)RR的电流密度则下降了43%.这表明光照同时显著提升了CuNWs催化NO_(3)RR的稳定性.产物分析结果表明,在-0.2到-0.4 V(相对于可逆氢电极)的宽电势范围内,CuNWs光阴极实现了接近100%的氨法拉第效率,并取得了较高的氨产率,超过了之前大多数报道的等离激元辅助Au催化剂的NO_(3)RR性能.通过活化能实验、微分电流实验以及升温实验,区分了等离激元激发产生的光电效应以及光热效应对NO_(3)RR的影响.通过原位拉曼光谱、在线差分电化学质谱以及原位电化学红外光谱技术,确定了CuNWs光阴极NO_(3)RR过程中的活性相及反应中间体.密度泛函理论计算结果表明,氨的脱附是NO_(3)RR的决速步.光生电子可以通过电子跃迁激发脱附机制促进氨的脱附从而抑制了氨在Cu表面的累积,弱化了氨对CuNWs光阴极的毒化作用.同时,光热效应也显著提升了NO_(3)RR的反应速率.因此,等离激元激发产生的光电和光热效应协同促进了NO_(3)RR性能,提高了CuNWs光阴极的活性与稳定性.将该策略拓展到其它Cu纳米材料上,同样展现出较好的等离激元促进效果.综上,本文提出了利用Cu的等离激元效应辅助增强电催化NO_(3)RR性能的策略,并验证了该策略在其它Cu纳米材料上的适用性.深入的机理研究揭示了同时耦合太阳能、电能以及热能对进一步提升NO_(3)RR性能的巨大潜力.

光氯化合成氯代碳酸乙烯酯反应工艺与动力学研究

以碳酸乙烯酯和氯气为原料,在紫外灯引发条件下,合成氯代碳酸乙烯酯。考察光源功率、氯气流量和温度对光氯化反应的影响,并探究光氯化串联反应动力学。结果表明,实验最佳工艺条件为:单位体积输入功率为13.6 W/L的紫外灯,反应温度优选60℃,氯气流量范围500~750 mL/min。光氯化主副反应的表观活化能分别为7.98 kJ/mol和11.37 kJ/mol。该动力学模型为后续多级串联反应器工业化设计提供了重要支撑。

基于阴阳离子染料对的光捕获体系构建及其在光催化CDC反应中的应用研究

针对荧光素类染料单独使用中存在光响应范围窄、能量利用率低等问题,利用离子染料之间的静电作用力构建阴阳离子染料对光捕获体系,探究光捕获体系对交叉脱氢偶联(CDC)反应的催化性能及其影响因素。结果表明,染料间阴、阳离子的相互作用可形成稳定的光捕获体系,以阴、阳离子染料玫瑰红(RB)和吖啶橙(AO)为受体和供体构建了光捕获体系“D_(AO)^(+)A_(RB)^(-)”(浓度为2×10^(-5)mol/L),其荧光共振能量转移(FRET)效率可达72%。光捕获体系的荧光共振能量转移(FRET)过程可有效拓宽光响应范围、提高受体光催化性能,“D_(AO)^(+)A_(RB)^(-)”体系对CDC反应展现出优异的光催化性能,其光催化反应速率是以RB为催化剂时的1.60倍。

光-Fenton氧化技术研究进展及其处理水中典型新污染物的应用

水产养殖水体中残留的各种难降解有机污染物使水质下降,影响水产品的质量,阻碍水产养殖业的可持续发展。通过将太阳光引入到传统Fenton反应中而构建的光-Fenton氧化技术具有pH响应范围广、自由基产量多、有机污染物矿化程度高等诸多优势,已成为当前水处理领域研究的热点。本研究系统总结了光-Fenton氧化技术的基本原理,分析了光-Fenton氧化体系常见的催化剂类型、影响光-Fenton氧化体系效率的因素以及其在处理水中典型新污染物方面的应用,并指出开发新型催化剂以实现H2O2原位光化学生成和提高催化剂稳定性及可回收性是实现光-Fenton氧化体系工程化应用的关键,为该技术在水产养殖水处理领域的应用提供了理论支撑。

一步水热法合成Mn_(3)O_(4)/CuMnO_(2)及其光芬顿反应性能的研究

以二水合氯化铜、四水合氯化锰为原料,通过一步水热法制备了Mn_(3)O_(4)/Cu Mn O_(2)异质结构催化剂CMO-A(A为水热合成温度);通过X射线粉末衍射仪对不同合成温度下制备的样品进行了组成分析;以汞灯为光源,50 mg/L罗丹明B(Rh B)溶液作为污染物模型,对所制备CMO-A样品的光芬顿反应性能进行了测试;向反应体系中加入牺牲剂,结合对照实验探究了反应机理。结果表明,在反应温度为150℃时合成的样品CMO-150对Rh B溶液的降解效果最好,降解时间为15 min时降解率可达98.01%;0.2 mol/L H_(2)O_(2)、50 mg CMO-150催化剂、50 mg/L Rh B溶液、pH=3.0为最佳反应条件;经过5次循环后,降解时间为15 min时降解率仅下降22.24%;反应的主要活性物种为羟基自由基(·OH);结合对照实验,对反应机理进行了探究。

光生反应γp→π-Δ++中的核子激发态

运用有效拉氏量方法分析LEPS合作组首次发布的关于γp→π-Δ++反应的高精度微分截面和极化观测量Beam asymmetry(Σ)的实验数据。把t道的π和ρ交换,u道的Δ交换,s道的核子N交换以及使光生反应振幅满足规范不变性的推广接触项作为背景项,尝试在s道进一步引入核子激发态交换的贡献以描述此实验数据。分析表明,如果在模型计算中不引入s道核子激发态交换的贡献,背景项的理论计算结果虽然能够大体上描述γp→π-Δ++反应的微分截面的实验数据,但是无法描述极化观测量Σ的实验数据;在s道中引入核子激发态N(1860)5/2+,模型计算结果就能够很好地同时描述LEPS实验组的微分截面和极化观测量Σ的实验数据。

离子缔合褪色反应分光光度法测定甜味剂甘草酸的含量

基于甘草酸二铵与三苯甲烷类阳离子染料乙基紫发生离子缔合反应,首次提出离子缔合褪色反应分光光度法间接测定甜味剂甘草酸含量的新方法。在pH 8.6的Clark-Lubs缓冲溶液中,甘草酸二铵与乙基紫发生离子缔合反应,生成的离子缔合物使溶液显著褪色,褪色的最大吸收波长在594 nm处,据此建立了间接测定甘草酸的分析方法。结果显示,甘草酸二铵的浓度在3.00~12.00 mg/L之间与吸光度差值ΔA呈良好的线性关系,相关系数为0.9995,检出限为0.46 mg/L,表观摩尔吸光系数为3.20×10^(4)L/(mol·cm)。方法成功用于市售凉茶样品的含量测定,加标平均回收率为97.11%~101.0%,测定值的相对标准偏差RSD为0.59%~3.23%(n=5)。该法灵敏度高、专属性强、省时简便,可用于实际样品分析。

苯乙烯基吡啶鎓盐的光二聚反应及其在丝网印刷中的应用

甲酰基苯乙烯基吡啶鎓盐(SBQ)是一种具有荧光的水溶性二芳基乙烯衍生物,在水溶液中,在365 nm紫外光照射下发生[2+2]的光二聚反应,得到没有荧光的二聚体。这种光二聚体在254 nm短波长紫外光照射下,可以发生光解开环反应,重新生成单体,恢复荧光。SBQ光二聚体可以作为光信息存储材料。在酸性水溶液中,通过缩醛化反应将SBQ单体接枝到聚乙烯醇骨架上,合成了一种水溶性的感光高分子材料,再与白乳胶复配得到单组分丝网印刷感光胶。同学们利用自己合成的产品不仅可以在纸张和实验服上印刷自己创作的图案,而且还可以动手制作印刷电路板以及开展更多的拓展应用。本实验的合成反应均在水溶液中开展,具有安全、环保和绿色的优点。

LED红色光环境对人体反应时的影响

为了探讨LED中性光、LED红色光对人体反应时(reaction time,RT)的影响,选取24名色觉正常的受试者,在普通家用灯光(LED中性光)环境中、LED红色光环境中使用反应时间测试app进行人体反应时的测试,并计算2种光环境中人体反应时的差异。结果表明,受试者在LED红色光环境中人体反应时更短,并且2种光环境下人体反应时有显著性差异(P<0.05)。实验结果可为今后运动生活环境的LED灯光选用与优化提供参考。

光-Fenton技术处理废纸制浆废水的动力学模型研究

在氙灯照射下，采用光-Fenton工艺对废纸制浆废水进行了处理，并对其反应过程进行了动力学模型的研究。实验结果表明：光-Fenton反应可有效矿化废纸制浆废水中的有机物，且其矿化过程符合一级反应动力学，速率常数与H2O2、FeSO4和温度有关，实验验证表明，动力学模型能很好反映光-Fenton工艺对废纸制浆废水TOC的去除。在本实验条件范围内，光-Fenton工艺处理废纸制浆废水的动力学方程为：-d[TOC/TOC0]/dt=1.7726×10^4exp（40.10/RT）[Fe[Ⅱ]]^-0.6051[H2O2]^0.6080[TOC/TOC0].

激光与抗VEGF药物治疗早产儿视网膜病变不良反应的研究进展

早产儿视网膜病变(retinopathy of prematurity,ROP)是一种发生于早产、低出生体质量儿的潜在致盲性疾病,血管闭塞和血管增殖是此病两大病理特征。在相对低氧的子宫内,血管内皮细胞生长因子(VEGF)、低氧诱导因子-1(HIF-1)、胰岛素生长因子-1(IGF-1)和促红细胞生成素(EPO)共同作用形成胎儿视网膜生理性血管,但早产儿出生后暴露于大气环境中,消除了原本的生理性低氧环境,高氧抑制VEGF、HIF-1、IGF-1、EPO血管生成因子表达,导致血管闭塞,进而发生视网膜缺氧。

配体交换反应分光光度法测定依地酸钙钠注射液含量

pH为5.00时铜离子与锌试剂及新洁尔灭发生反应形成绿色的三元配合物,其最大吸收波长位于610 nm。加入依地酸钙钠[EDTACa]Na_(2)可发生配体交换反应,形成依地酸铜钙配合物[EDTACu]Ca,并使原绿色三元配合物分解而导致体系褪色。通过条件优化建立了配体交换反应分光光度测定依地酸钙钠的新方法,其工作曲线的线性回归方程为A=0.049C+0.0125,相关系数R=0.9996,依地酸钙钠的含量在1~12 mg·L^(-1)时符合Beer定律呈现线性关系,经实验测试,可成功应用于依地酸钙钠注射液中依地酸钙钠含量的测定,所拟方法简单、快速。