煤制兰炭过程中挥发性有机污染物和臭氧协同处理机理

为探究低温等离子体联合催化剂载体协同处理煤制兰炭过程中产生的挥发性有机污染物及臭氧,以二甲苯作为目标污染物,选取γ-氧化铝小球为催化剂载体,考察功率、氧通量、二甲苯初始浓度、催化剂载体用量等因素对挥发性有机污染物和臭氧协同处理效果的影响。结果表明:低温等离子体放电功率越大,二甲苯的脱除效果越好;在放电功率为70 W、氧通量为15%、初始浓度为600×10^(-6)时,二甲苯的去除率为64.41%,此时臭氧的产生量为125.21×10^(-6),综合考量在该性能下的协同处理效率最高;在最优低温等离子体性能的条件下,γ-氧化铝载体粒径越小,二甲苯的去除效率越高,协同处理效果最佳,二甲苯总去除率最高可达73.93%,臭氧抑制率最高为66.45%。γ-氧化铝载体对低温等离子体协同处理挥发性有机污染物与臭氧具有一定的促进作用。研究成果可为协同处理挥发性有机污染物提供有效的参考。

城市周边流域有机污染物不同分布特征提取

由于河流图像中常常存在光学噪音,且水污染分布呈现出复杂和多变的特征,使得特征获取难度较大。为此,提出一种城市周边流域河流有机污染物分布特征提取方法。采用自适应边缘相似度非局部均值(Adaptive Non-local Means Denoising with Edge Similarity, ANLM-ES)图像去噪方法,利用两个像素之间的高斯加权距离,获取复合图像块相似性权重函数,通过加权平均,经过计算确定中心像素,将图像去噪处理。分割城市周边流域河流图像,通过最小二乘法确定偏析线方向,采用拟合直线投影图像像素点,根据城市周边流域河流有机污染物分布特征,实现不同特征提取。通过仿真分析表明,所提方法去噪均方误差仅为0.025,可以获取良好的城市周边流域河流有机污染物分布特征提取结果。

水中有机污染物与臭氧反应速率常数的可解释性机器学习模型

运用多元线性回归(MLR)、非线性支持向量回归(SVR)以及投影寻踪回归(PPR)方法构建了定量结构-活性关系(QSAR)模型,以预测水相有机物与臭氧的反应速率常数(logK_(O_3)).采用内检验和外检验方法,对模型的拟合性能、稳健性以及预测能力进行了比较.结果表明,非线性模型结果优于线性模型;PPR模型的性能最佳.采用SHAP方法对PPR进行可视化表征及分析,以提高模型预测结果的可靠性,增强模型的透明度,从而弥补了机器学习模型的“黑箱”缺陷.最后,利用Williams图法表征了PPR模型的应用域范围(AD).

金属有机框架材料MIL-101在吸附去除水中有机污染物中的应用进展

金属有机框架材料(MOFs)是一种极具前景的水中污染物吸附材料,其中,拉瓦锡研究所材料(MIL)凭借较好的稳定性和较多的可调节位点在众多MOFs中脱颖而出。与其他MILs相比,MIL-101具有比表面积较大和表面活性位点多的特点,在水中的稳定性高,已成为一种新兴的吸附材料。鉴于此,该文对近年来MIL-101在水中有机污染物去除领域的应用研究进行了综述,主要对MIL-101结构、改性修饰及其在水污染物吸附去除方面的应用及吸附机理进行了介绍。最后对MIL-101吸附材料的应用前景进行了分析和展望。

生物质炭材料活化过硫酸盐降解有机污染物的研究进展

作为经济、易得的含碳材料,生物质炭已应用于高级氧化领域。以硫酸根自由基为基础的高级氧化工艺是降解有机污染物的有效方法之一。本文综述了过硫酸盐的特点及其氧化降解有机污染物的反应原理,重点分析了生物质炭材料的非金属改性(氮掺杂、硼掺杂和硫掺杂)、金属改性、表面修饰等改性方式对其活化过硫酸盐降解有机污染物的影响,讨论了生物质炭基催化剂对典型有机污染物的降解效果与机理,并展望了生物质炭基材料在活化过硫酸盐降解有机污染物领域的技术挑战和发展前景。

浮游生物对持久性有机污染物迁移和转化影响的研究进展

持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)被持续排放到自然环境中,严重危害环境安全和生命健康。海洋、河流等水环境是POPs重要的“汇”,作为水生食物链的起点,浮游生物在水生生态系统的物质循环和能量流动中扮演着重要的角色,其对POPs的吸附、吸收、转化及运输,在很大程度上影响了POPs的环境行为。本文将浮游生物对POPs迁移和转化的可能影响进行了总结,综合分析了浮游植物和浮游动物对POPs的吸附-吸收和生物富集/放大过程及影响以上过程的生物和环境因素,从脱卤代谢、氧化代谢和微生物联合代谢3个方面阐述了浮游生物对POPs的降解及转化机制,最后讨论了浮游生物的生物泵作用对POPs垂直迁移的影响。本文能够为水生生物影响POPs迁移和转化的研究提供重要参考。

DNA-AuNCs催化降解有机污染物综合性实验

实验以DNA功能化金纳米簇为催化剂,以硼氢化钠还原对硝基苯酚(4-NP)和甲基橙为模型反应,旨在研究DNA功能化金纳米簇催化降解有机污染物的能力。研究了DNA-AuNCs在不同温度下的催化活性,并对催化剂的动力学和热力学性质进行了系统分析。实验选题紧跟学科前沿发展,涉及纳米科技、有机污染物降解等社会热点问题,实验内容融合了纳米材料、光谱学和催化等理论知识,以及多种仪器的使用,拓展了学生的学术视野,培养了学生的科研素养和创新能力。

压电催化降解水中有机污染物的增效研究进展

水污染和能源紧缺作为全球性的问题,受到广泛关注。压电催化能够将外部机械能转化为化学能,是一种绿色有效、节能产能的新技术,在解决水污染和能源紧缺问题上具有潜力。然而,简单压电催化体系氧化能力有限,目标污染物多限于水中低浓度易降解有机污染物。针对上述问题,科研工作者采用多种方法强化了压电体系的氧化能力。文章综述了目前常用的三类压电催化强效方法,包括压电材料性能调控、压电-化学药剂耦合、压电驱动方式优化,分析了压电催化技术的能源和环境意义,并对该领域未来的发展方向进行了展望。

萘胺改性碳量子点的制备及降解有机污染物的研究

利用萘胺(NA)与碳量子点(CQDs)表面的羰基(C==O)发生席夫碱缩合反应制备萘胺改性碳量子点(CQDs-NA),考察了在可见光照射下其降解有机污染物的性能。结果表明,在1 h内罗丹明B(Rh B)去除率高达95%。CQDs-NA/过单氧硫酸盐(PMS)/有光(Light)体系的主要活性物种是超氧自由基(O_(2)·-),O_(2)·-与空穴(h+)共同作用可降解Rh B。NA的引入增强了可见光吸收范围,有效地调整了CQDs电子结构,促进了光生电子-空穴对的分离,从而提高了光催化能力。该研究为高效光催化剂的设计合成提供参考。

柔性可循环使用复合SERS基底检测有机污染物的研究进展

为了从根本上控制有机污染物对环境的危害,必须重视环境有机污染物的检测技术。表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术具有灵敏度高、活性高、普适性强等优点,广泛应用于各领域。活性基底的性质决定了SERS技术的普适性和检测效果。相较传统的刚性基底,柔性SERS基底的应用更为广泛,检测更加便捷快速。本文介绍了可重复使用的柔性SERS基底的研究现状,以及它们在有机污染物检测中的应用情况,同时分析了目前存在的问题以及未来可能的发展方向。

东海近岸持久性有机污染物分布及其影响因素

收集分析近10a东海近岸海水和沉积物中全氟烷基物(PFASs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)、有机氯农药(OCPs)、邻苯二甲酸酯(PAEs)和多环芳烃(PAHs)等六种典型持久性有机污染物(POPs)的分布及其影响因素的研究数据.结果表明,基于半数效应浓度(EC50)或海洋沉积物质量标准对海水和沉积物中POPs的生态风险评估,表明东海近岸大部分海域的PCBs、PBDEs和OCPs生态风险较低,但在杭州湾附近海域处于轻微至中等生态风险水平.PAHs整体上处于中等偏低及以下风险,PAEs处于中等偏高风险.PFASs处于中等及以下风险,但其中的全氟辛烷磺酸(PFOS)在长江口附近的生态风险较高.来自陆源输入的POPs在东海近岸海水和沉积物中的分布主要受到长江冲淡水、大气干湿沉降、沿岸流和潮汐作用的影响,呈现出绝大多数污染物含量在长江口和杭州湾附近较高,且向外海和南部沿岸总体降低的趋势.在浙闽沿岸泥质区、东海陆架泥质区,沉积物中部分污染物含量明显较高,与泥质区细颗粒泥沙对POPs的结合能力较强密切相关.长江冲淡水与东海海水交汇过程中温盐差异形成的“大陆边缘过滤器”效应,使得沉积物中部分POPs含量在盐度1~5的海域较高.东海的季节性低氧使得DDTs和PCBs等POPs普遍发生还原降解作用.除生物降解作用之外,生物泵和生物扰动等也会影响POPs在东海的分布.虽然我国已加强了对POPs的管控,但目前东海近岸的局部海域的POPs污染仍然存在,有待未来进一步完善POPs的监测手段和风险评价标准,并继续加强对新污染物的监测和环境行为研究.

热渗透作用下有机污染物在双人工复合衬层中的一维运移模型

建立了热渗透作用下有机污染物在双人工复合衬层中的一维运移模型,利用COMSOL Multiphysics数值软件对模型进行模拟计算并对相关参数进行参数分析。结果表明,即使渗滤液水头h_(w)增大到10 m,双人工复合衬层底部浓度仅增加了4.9%,这表明渗滤液水头对有机污染物在双人工复合衬层中运移的影响较小。当热渗透系数达到5×10^(-11)m~2·K^(-1)·s^(-1)时衬垫系统底部浓度增加了31.5%;热渗透系数k_(T)>1×10^(-11)m~2·K^(-1)·s^(-1)时,在双人工复合衬层的设计中需要考虑热渗透作用的影响。次衬层中土工膜上连接的褶皱长度和漏洞频率对有机污染物在双人工复合衬层中运移的影响则十分显著,褶皱长度由10 m增加到100 m时底部浓度增加了87%。在双人工复合衬层施工中,严格控制次衬层土工膜施工质量,减少褶皱和漏铜的产生,能有效提高衬垫系统的服役性能。

CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳快速活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究

采用简单的浸渍、煅烧法制备了CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳催化剂,考察了催化剂在PMS存在下降解苯酚、亚甲基蓝等有机污染物的催化活性。研究发现,在催化剂CoCu-CaCO_(3)/锯末多孔碳添加量为0.05 g, PMS质量浓度50 mg/L,苯酚与亚甲基蓝的质量浓度分别为10,20 mg/L,5 min内催化剂对苯酚、亚甲基蓝的降解效率分别高达91.24%,98.14%。Co_(3)O_(4)、CuO、CaCO_(3)与锯末多孔碳的协同作用,有效提高了催化剂的催化性能,3次循环后对苯酚的降解率仍高达87%以上,且在降解过程中·SO_4^(-)、^(1)O_(2)和·O_(2)^(-)发挥了重要作用。

气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱测定植物油中57种持久性有机污染物

建立一种LPAS快速滤过净化柱结合气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱测定植物油中57种持久性有机污染物(POPs)残留量的方法。样品用乙腈-乙酸乙酯(体积比2:1)超声重复提取3次,提取液氮吹浓缩后经LPAS柱净化,用气相色谱-静电场轨道阱高分辨质谱在全扫描模式下检测。结果表明:57种POPs在0.4~100μg/L范围内线性关系良好,相关系数均大于0.9950;检出限为0.25~2.00μg/kg,定量限为0.8~6.0μg/kg;基质加标水平为0.8~60μg/kg时,平均回收率为62.4%~125.3%,相对标准偏差为1.2%~9.9%。利用该方法检测市售30例样品,其中8例检出多环芳烃,多氯联苯和有机氯农药均未检出。建立的方法简单、准确,适用于植物油中POPs残留的快速筛查。

农田离子型新兴有机污染物的作物吸收、分布和转化机制研究进展

农田新兴有机污染物可通过作物吸收进入食物链从而威胁人体健康,其中,离子型新兴有机污染物(ionic emerging organic pollutants,IEOPs)因挥发性较弱、极性强而具有更为复杂的环境行为,因此,了解作物对IEOPs的吸收转化过程及机制,对明确IEOPs在农田系统中的归趋具有重要意义。该文综述了作物对IEOPs的吸收转运过程,重点介绍了IEOPs自身理化性质与作物组成、转运蛋白、调控基因等因素对该吸收转运过程的影响;从器官、组织和亚细胞等不同水平分析了IEOPs在作物中的累积分布规律;介绍了IEOPs在作物体内的酶促转化机理;最后,从加强IEOPs吸收机理研究、完善预测模型和关注作物体内转化机制等方面对该研究领域进行展望。

缓冲层-复合隔离墙-含水层系统中有机污染物二维运移规律研究

复合隔离墙常用于污染场地的防污防渗工程。针对由土工膜和土-膨润土组成的复合隔离墙,考虑了污染源区有机污染物浓度沿深度不均匀分布及缓冲层的存在,建立了缓冲层-复合隔离墙-含水层系统中有机污染物二维运移理论模型。利用有限差分法对该模型进行了求解。通过对比试验测定结果、已有解析模型和COMSOL软件的计算结果,验证了所建理论模型合理性。在此基础上,研究了复合隔离墙中有机污染物的运移特性。结果显示,相比于一维运移理论模型,二维运移理论模型下复合隔离墙中有机污染物的浓度较低,这是由于有机污染物会通过竖向扩散减慢水平向运移速度。缓冲层存在有助于减缓复合隔离墙中有机污染物运移速率,且缓冲层厚度越大,所定义击穿时间t_(b)越长,墙体外侧总运移通量越小。当土工膜渗透系数从0.5×10^(-12)m/s增大到5.0×10^(-12)m/s时,对应的t_(b)将从172.8 a降低至28.2 a。鉴于隔离墙厚度及其线性吸附系数增大均可显著增强复合隔离墙的防渗效果,可结合隔离墙的吸附性能选定墙体厚度。

活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物的研究进展

与过硫酸盐相比,亚硫酸(氢)盐价格低廉,来源广泛,毒性更低。活化亚硫酸(氢)盐过程不但可产生强氧化性的SO_(4)^(·-)和SO_(5)^(·-),还可产生兼具氧化性和还原性的SO_(3)^(·-),因此,活化亚硫酸(氢)盐在降解有机污染物的同时可实现自身的氧化,不会造成二次污染,具有广阔的发展前景。活化亚硫酸(氢)盐的方式主要包括光活化、过渡金属活化、炭质材料活化和电化学活化等。本文简述了活化亚硫酸(氢)盐的机制,综述了活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物的研究进展,解析了活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物的影响因素,分析了活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物存在的问题,展望了活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物的发展趋势,以期为相关学者的后续研究工作提供一定的参考。目前活化亚硫酸(氢)盐降解有机污染物技术还处于实验室研究阶段,未见相关工业应用的报道。假以时日,如若技术成熟,活化亚硫酸(氢)盐在有机污染物的降解领域必将占有一席之地。

矿井水中有机污染物的潜在风险评估

为研究矿井水中有机污染物的潜在风险,针对矿井水中的已知有机污染物,使用EPI Suite和毒理学数据对其持久性、生物累积性和急性毒性进行系统模拟和评估,并采用层次分析法(AHP)基于毒性效应和环境效应的2个一级指标及7个二级指标建立矿井水中优先有机污染物的评估体系。研究结果表明:①54种有机物中有13种持久性物质、8种生物累积性物质及1种急性毒性物质,其中卤代烃的持久性最强,多环芳烃的生物累积性最强,与羟基自由基(OH·)反应的反应速率的总体趋势为:醚>酯>卤代烃;脂肪族>芳香族。(短链卤代)脂肪族化合物没有生物累积性物质,多环芳烃的生物累积性普遍较高,且生物累积性物质分子结构中均有4个及以上的苯环,苯环个数的增加会导致多环芳烃生物累积性增强。磷酸三苯酯为显著急性毒性物质,需要在后续的矿井水处理中重点关注。②筛选出综合评分最高的20种有机污染物作为矿井水中的优先污染物,其中评分较高的二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、萘、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽和苯并[a]蒽符合新污染物特征,但目前矿井水中已经测出的有机污染物存在水平普遍不足以对人体健康和生态环境造成显著风险。随着国家政策实施和矿井水高质量处理利用需求的增加,矿井水中有机污染物的管控将成为区域水资源保护与利用的现实需求,本研究构建的优先有机污染物的潜在风险评估体系可用于筛选出矿井水中优先污染物,为未来矿井水中有机污染物管控提供理论基础。

氯/溴取代有机污染物在南瓜中的吸收、迁移和转化研究进展

氯/溴取代有机污染物具有持久性、毒性、蓄积性,对人类健康造成威胁,成为环境科学研究热点.以南瓜作为模型植物,通过土壤或水培培养及影响因素分析,探究氯/溴取代有机污染物在植物中的吸收、迁移和转化规律,对明晰其环境行为、生态风险评价等具有重要意义.本文在现有的研究基础上总结了模式植物的培养方案设置,氯/溴取代有机污染物在南瓜幼苗中的吸收途径、迁移形式、转化过程,分析了影响吸收和迁移速率的主要因素.氯/溴取代有机污染物的吸收途径包括:南瓜幼苗的根系从土壤或水中吸收有机污染物,南瓜幼苗的叶片从空气中吸收有机污染物;迁移形式包括:南瓜幼苗的根系吸收的有机污染物向上迁移至茎、叶,南瓜幼苗的叶片吸收的有机污染物向下迁移至茎、根;转化主要过程包括:脱卤反应、卤原子重排、裂解反应、羟基化反应、甲基化反应、去甲基化反应、糖基化反应、去糖基化反应.氯/溴取代有机污染物自身的物理化学性质是影响吸收和迁移速率的主要因素.本文对氯/溴取代有机污染物在南瓜中的环境行为进行总结,有助于明晰有机污染物在环境中的生物地球化学循环,为环境健康研究提供借鉴.

共价有机框架材料在环境修复领域中吸附有机污染物的研究进展

共价有机框架(COFs)是一类由轻质元素通过共价键连接的具有周期有序的新兴多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙可调、热稳定性高、结构易修饰等特点,是环境修复领域中吸附去除有机污染物的理想材料。本文主要综述了近年来氮基键、离子型、接枝官能团、手性、复合功能化五种不同类型COFs材料吸附去除药物、农药、染料、工业副产物等有机污染物的研究进展。首先,从COFs拓扑结构和孔壁化学环境两个角度揭示了COFs材料捕获有机污染物有效路径,分类讨论了其吸附机理机制;接着,分析了五种不同类型COFs材料的具体合成路径及其吸附应用效果,并简要归纳了相应性能指标参数;最后,针对目前COFs材料在环境修复领域中工业化大规模生产面临的实际问题提供了一些建议,总结了“自下而上”、“后合成”两种策略调控COFs高效吸附与特异性选择相匹配面临的挑战,并指出基于构效结合思维获得性能良好的COFs材料仍任重道远。