掺杂及卤化调控富勒烯氧化还原电位的DFT研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的模拟计算方法,分别计算了原始富勒烯C_(60)和11种单原子置换(掺杂及卤化)富勒烯材料C_(59)X(X=B、Si、N、P、As、O、S、Se、F、Cl、Br)的氧化还原电位、电子亲合能、分子轨道能级.其中,B、As、P、Si、N、Se、S单原子置换导致氧化还原电位正移,B置换后增幅最高(3.655 V);F、Cl、Br、O单原子置换后,氧化还原电位均负移,F置换后降幅最大(2.476 V).在所考察的12种富勒烯分子中,C_(59)B和C_(59)F的电子亲和能(EA)分别为最小值(-3.901 eV)和最高值(-2.577 eV),二者分别具有最强和最弱的得电子倾向.在C_(59)B和C_(59)F中,B、F置换原子周围存在电荷偏聚,且B、F与周围C原子的成键主要来自于-2.5 eV和-7.5 eV能级附近2p电子的相互作用.

分步加药调控溶液氧化还原电位强化硫代硫酸盐浸金

绿色环保型硫代硫酸盐提金技术因浸出过程药剂消耗量过大,导致其无法大规模工业应用,而硫代硫酸盐在浸金过程中的消耗与溶液氧化还原电位密切相关。因此,开展硫代硫酸盐浸金过程的溶液氧化还原电位基础研究,对提高硫代硫酸盐稳定性,强化硫代硫酸盐浸金行为,推动硫代硫酸盐提金产业化具有重要意义。通过浸出试验,详细探究了在铜-乙二胺-硫代硫酸盐体系中金浸出行为与溶液氧化还原电位之间的关系,试验结果表明,当溶液氧化还原电位在187 mV左右时,硫代硫酸盐相对稳定,且此条件下的浸金速率也相对较快。基于这一发现,提出了通过分步加药和引入铁离子来调控溶液氧化还原电位的方法,以达到降低硫代硫酸盐消耗量和提高金溶解量的双重效果。经过试验发现,分步加药可以有效地提高溶液氧化还原电位,金的溶解速率提高了3.2倍,硫代硫酸盐消耗速度降低了56.71%。铁离子的引入可提高初始时的溶液氧化还原电位,使其较快地稳定在187 mV附近,从而使硫代硫酸盐消耗量降低了54.87%,金溶解量提高了1.25%。相关研究结果将促进环保型硫代硫酸盐提金技术的进一步发展,同时也为黄金行业绿色可持续发展提供了有力支持。

溶解性二价铁-铁氧化物非均相体系氧化还原电位的电化学测定方法探究

溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测定Eh,实现Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系氧化还原能力的定量表征。本文选取针铁矿作为常见的铁氧化物,探讨了介导和非介导电位法测定Fe_(aq)^(2+)-针铁矿非均相体系Eh的优化实验条件,研究了介导物质的类型与添加顺序以及工作电极预处理方法等条件对Eh测定的影响,并通过能斯特方程验证电位法的可行性。结果表明:工作电极的表面状态、介导物质的选择以及针铁矿-工作电极之间平衡的建立对Eh测定十分关键。介导法能有效地缩短测定时间,但需要选择合适的介导物质;非介导法需确保工作电极与针铁矿之间平衡的建立。同时,利用非介导法测定了不同pH和Fe_(aq)^(2+)-浓度下不同粒径针铁矿与Fe_(aq)^(2+)-非均相体系的Eh,根据能斯特方程和最小二乘法多元线性拟合得到不同粒径针铁矿的标准氧化还原电位(Eh0),对于粒径为200、700和1000nm的针铁矿Eh0分别为815、802和782mV,验证了优化后电位法的可行性。本文的结论可为矿物非均相体系Eh的测定提供方法学参考,也为预测Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系参与的污染物衰减速率提供理论支撑。

氧化还原电位在微生物发酵中的应用

氧化还原电位(ORP)作为一种可以实时监控发酵状况、高灵敏度的发酵参数,可以克服微氧、厌氧环境下溶氧电极应用的限制而应用于发酵。ORP波动既可以反映发酵液中氧化性或还原性的相对强弱,还与发酵过程中微生物生长状态密切相关。分析ORP数据可以判定微生物生长阶段,而调控ORP可以反向作用于微生物的基因表达和代谢活动,为发酵生产提供一种新颖的调控途径。该文系统介绍了微生物发酵中ORP的概念、波动原理及潜在的微观机制,总结了近年来ORP作为非调控参数时的发酵应用及新检测技术开发;同时针对ORP的调控方式、分析方法、产品开发以及菌种选育进行重点阐述,以期为ORP在微生物发酵中的深入研究提供理论基础。

瘤胃氧化还原电位研究进展

氧化还原电位(Eh)是瘤胃内环境的重要理化参数之一,是瘤胃细菌活性的指示剂,也是衡量瘤胃发酵动力学的基本参数。在瘤胃发酵过程中,瘤胃Eh与挥发性脂肪酸(VFA)的合成存在密切联系。本文主要针对瘤胃Eh的作用机制、影响因素、测定方法以及其对瘤胃微生物组成和纤维素降解的影响进行综述,旨在为进一步研究瘤胃发酵和瘤胃微生态系统提供参考。

玉米膜下滴灌对农田土壤氧化还原电位的影响

为了研究滴灌条件下覆膜对土壤通气性的影响,于东北半湿润区开展了玉米田间试验,设置不覆膜+施肥(NM)、覆膜+施肥(PFM)、不覆膜+不施肥(CNM)和覆膜+不施肥(CPFM)共4个处理,对滴灌条件下土壤氧化还原电位(Eh)进行了观测和分析。结果表明:在小时尺度下,与不覆膜相比,覆膜可提高表层(0~10 cm)土壤氧化还原电位,表现为NM>PFM,差值为2.7~10.0 mV,提高了0.5%~2.0%。在耕作层(0~30 cm)内,覆膜措施对土壤氧化还原电位的分布均无明显影响,各处理土壤氧化还原电位的变化趋势一致,均随深度的增加而增大。覆膜与不覆膜条件下土壤氧化还原电位的生育期变化规律基本一致,随着生育期的发展逐渐降低。地膜覆盖可显著提高玉米生育前期耕作层的氧化还原电位,在拔节期和抽穗期,覆膜处理的Eh均明显高于不覆膜处理,差值为59.5~122.9 mV,提高了9.7%~22.8%。

氧化还原电位对污染土固化体中砷浸出行为的影响

砷(As)的价态和迁移性与氧化还原电位(EH)密切相关,固化/稳定化后的As污染土处于复杂的氧化还原环境中,EH的变化可能导致固化体中As浸出风险增加,目前对EH变化情况下固化体中As浸出行为的研究尚不多见。通过半动态浸出试验研究了稳定化/固化修复后的高浓度As(Ⅲ)污染土在不同氧化还原条件下的As浸出行为,通过X射线衍射图谱(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究了浸出试验前后土中矿物成分和As价态的变化,揭示了相关机理。结果表明,浸出液中As的浸出总量与浸提液EH密切相关,浸提液EH越低,As浸出浓度越高;当浸提液EH为0 mV时,As的扩散系数达到3.11×10^(-13)m^(2)/s,可浸出指数达到了8.72,表明修复后的高浓度As(Ⅲ)污染土不适合在强还原性环境中堆放和再利用;XRD分析表明,随着浸提液EH降低,土中的铁氧化物/氢氧化物发生还原溶解,进一步导致As的解吸附;XPS分析表明,随着浸提液EH降低,土中的As(Ⅴ)被还原为高迁移性的As(Ⅲ),从而增加了As的潜在移动风险。该研究为高浓度As(Ⅲ)污染土的长期安全处置提供了科学依据。

浅析污水处理厂的溶解氧与氧化还原电位

随着污水处理技术的不断发展,溶解氧和氧化还原电位逐步成为污水处理过程中重要的综合性水质指标。本文选取典型污水处理厂作为研究对象,了解和掌握污水处理流程中DO、ORP的变化规律以及DO与ORP之间的关系,从而为水质净化提供过程控制参数。

氧化还原电位对铁氧化物矿化除铀的影响研究

将废水中的铀转化为稳定的人造含铀矿物能够有效降低铀的迁移污染,而铁氧化物因其无污染、成矿简单,被认为是铀矿化去除的理想载体,在处理含铀废水方面具有稳定高效的优点。但如何在含铀废水中原位合成铁氧化物并同步固定铀面临巨大挑战,其难点之一就是铁的变价特性易受到溶液氧化还原电位的影响,从而形成复合铁氧化物降低铀的固定效果。本文提出以氧化还原电位作为铁氧化物矿化含铀废水过程中的工艺参数,对比了三种典型阴离子体系下氧化还原电位的变化及其对铀去除率的影响。实验结果表明,氧化还原电位与铀去除率变化趋势一致,在氯离子体系下,还原环境可以生成更适合矿化除铀的磁铁矿,铀去除率能够到达98%。

辽东湾北部海域表层沉积物氧化还原电位及其主要影响因素

通过2007年秋季对辽东湾北部海域表层沉积物氧化还原电位(Eh)的现场调查,分析了该海域表层沉积物Eh的现状,并从底质特性、上覆海水以及河流输入等方面深入探讨了Eh的影响因素。结果表明,该海域表层沉积物Eh变化范围在-24.8 mV～-366.7 mV之间,已由20世纪90年代的O2/H2O、有机物、MnO2/Mn2+、Fe(OH)3/Fe2+体系控制的弱还原环境转变为由SO24-/HS-、S/HS-体系控制的还原环境,分布基本呈现自辽东湾东北部向西南部逐渐降低的趋势。表层沉积物中有机质是氧化还原反应必不可少的因子,但可能由于调查海域沉积速率较高和较强的还原环境的影响,有机质对Eh的分布及变化影响不明显;表层沉积物中硫化物含量和温度的高低直接影响到Eh,Eh随着硫化物含量和温度的升高而降低。上覆海水中溶解氧含量的高低也是影响Eh的一个重要因素,尤其是在溶解氧含量相对较高的调查海域影响更为显著,Eh呈现随着溶解氧的降低而降低的趋势。另外,河流输入也是影响该调查区域Eh的一个重要因素,但影响范围主要在以双台子河口为中心的冲淡水能达到扇形区域内。近二十年来,陆源排污及海上养殖等人类活动不断加强,造成了有机质与硫化物等污染物质的不断增加,使得辽东湾北部海域表层沉积物Eh逐渐降低,氧化还原环境发生了明显转变,同时表层沉积物的温度、上覆海水溶解氧、河流的输入及其与海水的混合作用等多种因素造就了该海域目前的氧化还原电位的分布变化特征,也一定程度上反映着该地区的污染分布状况,因此有必要采取相应措施,加强对该海区的环境保护力度,保持地区经济的可持续发展。

饮用水中无机成分与氧化还原电位的关系

目的研究饮用水中的无机成分(如溶解氧、pH值、硬度、碱度、氯化钠以及硫酸盐和硅酸盐)与氧化还原电位(ORP)的关系。方法采用一定量的CaCl2、MgCl2、Na2CO3、NaHCO3、NaCl、Na2SO4、Na2SiO3与纯水配制成一定浓度的溶液,观察不同条件下眼pH值:2～11.15,硬度(以CaCO3计):0～600mg/L,碱度(以CaCO3计):0～300mg/L,NaCl:0～160mg/L,硫酸盐:0～350mg/L,硅酸盐:0～20mg/L演氧化还原电位的变化;将高纯氮气和氧气通入纯水,观察不同浓度的溶解氧(0.1～9.4mg/L)对氧化还原电位的影响。结果氧化还原电位与水中溶解氧浓度的对数呈正相关(r=0.9355,P<0.05),与pH值呈负相关(r=-0.9839,P<0.05),氧化还原电位随水中Ca盐和Mg盐硬度(0～100mg/LCaCO3)的增加有下降趋势。碱度(以CaCO3计)为0～50mg/L时,氧化还原电位陡降,碱度(以CaCO3计)大于50mg/L,氧化还原电位趋于平缓。氯化钠浓度为0～60mg/L时,氧化还原电位有所降低,大于60mg/L后,氧化还原电位上升,然后趋于稳定。硫酸盐浓度为0～50mg/L时,氧化还原电位呈上升趋势,随后,逐渐下降。氧化还原电位随硅酸钠浓度的升高而降低。结论在一定浓度范围内增加水中pH值、硬度、碱度、盐度、硅酸盐浓度或降低水的溶解氧都有降低氧化还原电位的作用,硫酸盐有升高氧化还原电位的作用。健康饮用水应当具有偏碱性的pH值以及适当的硬度、碱度、盐度和硅酸盐含量。

控制发酵过程氧化还原电位优化酿酒酵母乙醇生产

利用氧化还原电极,研究了在厌氧条件下将氧化还原电位值(ORP)控制在不同水平(-50mV、-100mV、-150mV、-230mV)对乙醇发酵过程的影响。试验结果表明,不同的ORP值水平对乙醇得率,甘油形成、有机酸分泌、生物量和菌体死亡率的影响有明显的差异。当ORP为-50mV时的生物量是ORP为-100mV时的1.26倍、ORP为-150mV时的1.86倍、ORP为-230mV时的2.59倍,甘油浓度分别是后三者的1.2倍、1.1倍、1.7倍,而乙醇浓度却分别只有后三者的0.87倍、0.49倍、0.51倍。综合考虑生物量、乙醇浓度、甘油产量、残糖的测定结果,表明将ORP控制在-150mV时对乙醇发酵极为有利。说明可以用ORP电极来精确控制厌氧发酵条件,从而为酵母细胞合理分配代谢流以实现乙醇生产最优化的宏观控制提供了一种有效的手段。

Fenton试剂氧化对硝基酚中氧化还原电位的变化规律

考察了Fenton试剂氧化对硝基苯酚(PNP)过程中氧化还原电位(ORP)的变化规律。结果表明:(1)当pH为3、H2O2投加量为3 mmol/L、Fe2+投加量为0.3 mmol/L时,废水中PNP在5.0 min时降到5 mg/L左右,去除率达95%;废水可生化性得到有效改善(BOD5/COD由最初的0.073升至0.390)。(2)ORP反应了整个Fenton体系中的氧化还原状态,而整个体系中主要的氧化还原物质是Fe2+、·OH、H2O2、Fe3+以及氢醌等,ORP变化规律直接反映了哪种氧化还原物质的变化尚未明确,需进一步验证。(3)ORP的变化直接反映了Fe2+/Fe3+的形态变化。(4)利用ORP的变化可以反映Fenton试剂降解有机物的起始、快速降解及降解结束的稳定阶段。

铜绿微囊藻在竞争生长条件下对氧化还原电位降低的响应

水体中氧化还原电位的变化会对藻类生长和竞争产生直接或间接的影响．本文采用单种培养和混合培养的方式,研究了在铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)与斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)竞争生长过程中氧化还原电位降低对铜绿微囊藻优势形成的影响,同时测定了铜绿微囊藻生理和形态的变化．结果表明:在单种培养条件下,铜绿微囊藻的生长速率明显高于栅藻,降低氧化还原电位对两种藻的生长速率没有影响;在混合培养条件下,两种藻的生长均受到了抑制,但降低氧化还原电位却明显提高了铜绿微囊藻的生长速率,而降低了斜生栅藻的生长速率,说明铜绿微囊藻的竞争能力得到了加强,斜生栅藻的竞争能力有所削弱;同时试验也发现在竞争生长的条件下,培养基氧化还原电位的降低诱导了铜绿微囊藻细胞体积变大,酯酶活性增强以及叶绿素荧光强度增加,这些生理参数的改变可能是铜绿微囊藻在环境中氧化还原电位降低时竞争能力得以增强的重要原因．

氧化还原电位调控对Actinobacillus succinogenes厌氧发酵产丁二酸的影响

对氧化还原电位调控在产琥珀酸放线杆菌厌氧发酵产丁二酸过程中的代谢产物分布的作用进行了研究。在血清瓶发酵培养过程中,筛选出对发酵过程无抑制作用的氧化剂铁氰化钾和还原剂二硫苏糖醇作为发酵体系的氧化还原电位调节剂。在3L发酵罐上利用铁氰化钾和二硫苏糖醇调节发酵体系氧化还原电位值在-100～-450mV,结果表明-350mV为菌体生长和产丁二酸的最佳电位,丁二酸生产速率由0.75g/(L·h)提高到1.18g/(L·h),产物丁二酸与副产物乙酸的质量浓度比由2.5提高到3.9。

氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌代谢通量分布的影响

利用代谢通量分析方法分析了氧化还原电位调控对产琥珀酸放线杆菌NJ113厌氧发酵产丁二酸过程的影响。结果表明,氧化还原电位调控可以改变HMP与EMP途径的代谢通量,从而影响胞内NADH/NAD+。在菌体最适氧化还原电位(-350 mV)条件下,HMP途径与EMP途径的通量比由43.6∶56.2提高至63.2∶36.5,间接合成更多的NADH,解决了丁二酸合成过程中还原力不足的矛盾,整个发酵过程中胞内NADH/NAD+比值有明显提高,发酵初期NADH/NAD+比值由2.19提高至8.73。最终丁二酸代谢通量从114.5 mmol.(g DCW)-1.h-1增至129.3 mmol.(g DCW)-1.h-1,副产物乙酸、甲酸的代谢通量分别降低30.6%、30.2%;丁二酸收率由75.46%提高至89.34%,生产强度达到1.18 g.L-1.h-1。

利用氧化还原电位调控基因工程菌株Klebsiella pneumoniae F-1合成1,3-丙二醇

基因工程菌株Klebsiella pneumoniae厌氧发酵过程中,氧化还原电位(ORP)是一个监控发酵过程的重要指标.考察了K.pneumoniae F-1在不同ORP(-190,-210,-240和-290mV)下菌体生长和代谢产物合成的情况.在ORP为-240mV时,1,3-丙二醇的发酵终浓度和得率分别为81.5g/L和0.423mol/mol,分别为4种ORP条件下的最高值.这说明ORP=-240mV是菌株K.pneumoniae F-1的最适ORP.此ORP既不同于野生菌株K.pneumoniae M5aL的最适ORP(-190mV),也不同于经过诱变的菌株K.pneumoniae YMU2的最适ORP(-280mV).另外,通过研究发酵体系ORP对甘油代谢流的影响,发现还原性氛围较有利于甘油向1,3-PD、乙醇、2,3-丁二醇等还原性较高的代谢物转化.首次报道了ORP调控发酵过程在基因工程改造菌株中的应用,这对于进一步研究ORP调控厌氧发酵过程具有一定的意义.

氧化还原电位对低煤阶煤生物甲烷生成的影响

氧化还原电位(Eh)是煤层生物甲烷生成的重要控制因素之一。为了解其对煤层生物甲烷产出的影响以及产甲烷的动力学过程,在实验室采用-102mV、-153mV、-208mV、-284mV、-315mV这5个氧化还原电位值,对河南义马低煤阶煤样品进行了生物甲烷模拟产出实验,采用气相色谱仪对不同反应阶段生成气体的成分及生成量进行检测,同时对菌种源中微生物进行培养计数。结果表明:①不同Eh条件下的实验均有甲烷的生成,氧化还原电位较低时产甲烷菌的繁殖更加快速,在-284mV时生物甲烷的浓度最大,-102mV时最小;②通过平板计数法,分析了产甲烷过程和细菌生长动力学机理——整个产甲烷生成过程也是微生物生长代谢的过程,间接证明了产气量大小变化的原因。结论认为,Eh对于煤层生物甲烷的生成具有重要的控制作用。

乳山湾底质中硫化物和氧化-还原电位的分布与变化

2004年6、8和10月分别对乳山湾东流区共进行了3个航次的调查。调查结果表明,乳山湾东流区属于弱还原环境,表层沉积物中硫化物的含量基本呈北侧高、南侧低的趋势,而氧化-还原电位则呈北侧低、南侧高变化趋势。硫化物的垂直分布基本表现为随深度的增加而增加,氧化-还原电位的垂直分布基本表现为随深度的增加而降低。但是,由于受到贝类养殖的影响,出现了较多的例外情况。硫化物含量和氧化-还原电位随季节的变动较明显,硫化物含量8月最高,6月次之,10月最低;而氧化-还原电位则10月最高,6月次之,8月最低。贝类养殖对沉积环境中硫化物与氧化-还原电位有明显影响,养殖区硫化物的含量高于非养殖区,而氧化-还原电位则低于非养殖区。

氧化还原电位在CAST工艺中的应用

考察了CAST系统厌氧选择区、主反应区中各时段DO、ORP及各项水质污染指标的变化。试验结果表明,在主反应区ORP主要受DO的影响,厌氧选择区中ORP与COD、TP浓度有较明显的相关关系。最后进行了设置三阶段ORP值控制曝气的试验,确认了用ORP控制CAST工艺的可行性。