Zn(Ⅱ)/γ-MnOOH体系化学吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函B3LYP方法对Zn(Ⅱ)在水锰矿(MnOOH)2(H2O)6簇模型表面的水合、一级和二级水解三类共11种吸附构型进行了理论研究.计算结果表明,水合吸附构型的稳定性顺序为DC(双角)>SE-B(单边-B)>SE-A(单边-A)>DE(双边),水解吸附构型的稳定性顺序为DC>SE-A>SE-B>DE,均符合鲍林第三规则;热化学分析结果说明,其吸附和水解是相互制约的两个过程,这一结论通过前线轨道理论分析得到了证明;自然布居分析结果表明,吸附过程中电子由簇模型向吸附质迁移;结合电子供体-受体相互作用和前线轨道组成分析了吸附产物的稳定性.

烟气吸收液中亚硝酸铵的电化学氧化处理技术

为实现燃煤电厂烟气脱硫、硝和汞一体化工艺中吸收液副产物亚硝酸铵的废物利用,采用电化学氧化处理技术将吸收液中亚硝酸铵转化为硝酸铵.采用极化曲线、循环伏安曲线和恒电流法等多种电化学测试方法评价和选取电极材料,探讨电解液组成的影响,得到优化的电化学氧化工艺参数,并用化学分析法验证了电化学氧化处理效果.

石墨电极电化学活化工艺与准电容特性

通过多种电化学测试技术评价了石墨电极在2.3 mol/L H2SO4溶液中的电化学活化工艺及其准电容性能。结果表明,活化工艺宜采用恒电流阶跃技术,最佳工艺参数为:阳极电流密度为200 m A·cm-2,阴极电流密度为-120 m A·cm-2,对应活化时间分别为300 s和100 s,循环6次。改性后的石墨电极表面形成了多孔、粗糙的三维活性层,单位面积上具有较高的电容量(2.08 F·cm-2)和良好的倍率特性,可作为一种优异的准电容器材料。

水凝胶海洋防污材料研究进展

对有望成为第三代污损可脱附型海洋防污材料的水凝胶防污材料进行了综述。从原材料的角度简述了聚乙二醇类、聚乙烯醇类、聚丙烯酰胺类、聚氨酯类、聚丙烯酸酯类等水凝胶的制备及国内外对其在防污材料中的应用研究。目前水凝胶防污材料存在着附着力和力学性能差、防污能力有待进一步加强等问题,提出了解决上述问题的方法。当前主要通过改变水凝胶网络结构、交联以及添加纳米材料等方式来提高水凝胶防污材料的力学性能、自修复能力和粘附性能;将具有防污能力或特殊功能的单体接枝或共聚到水凝胶高分子上提高其防污性能。

硫酸溶液中电化学改性石墨电极对Fe^(3+)/Fe^(2+)的电催化性能与准电容特性

通过循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法,研究了电化学改性石墨电极对硫酸溶液中Fe3+/Fe2+的电催化性能与准电容特性.结果表明:由于电化学改性石墨电极表面存在大量的含氧活性官能团,使其对Fe3+/Fe2+的氧化还原反应具有极高的电催化性能,并具有可逆反应过程特征.在含有0.5mo·lL-1Fe3++0.5mo·lL-1Fe2+的2.0mo·lL-1H2SO4溶液中,其表观面积比电容是不含铁离子硫酸溶液的1.808倍,达到2.157F·cm-2;同时,铁离子浓度的增大也能够进一步提高其电容量.Fe3+/Fe2+电对的加入增加了充放电时间,有效提高了电化学电容器(EC)的电容存储容量和高功率特性.电化学阻抗谱测试同样证实体系具有明显的电容特性.因此,可以利用电化学改性石墨电极表面的含氧活性官能团和溶液中Fe3+/Fe2+的氧化还原特性来共同储存和释放能量.

“化学一步法”制备电磁功能化聚吡咯/γ-Fe2O3复合物纳米球及结构表征

在不添加掺杂剂的条件下,以吡咯为单体,三氯化铁为氧化剂,采用"化学一步法"合成了电磁功能化的聚吡咯/γ-Fe2O3复合物纳米结构.研究了不同氯化亚铁用量对聚吡咯/γ-Fe2O3复合物形貌、电学性能以及磁学性能的影响.结果表明,氯化亚铁的用量对聚吡咯/γ-Fe2O3复合物的形貌影响不大,都得到了聚吡咯/γ-Fe2O3复合物纳米球;然而,聚吡咯/γ-Fe2O3复合物纳米球的电学和磁学性能却明显受到氯化亚铁用量的影响.聚吡咯/γ-Fe2O3复合物纳米球的电导率和最大饱和磁化强度随着氯化亚铁用量的增加而增大,并在氯化亚铁用量增加到150 mg时达到最大值,分别为72.1 S/cm和10.07 A.m2/kg,实现了高电学性能和高磁学性能兼顾的电磁功能化导电聚合物纳米结构的制备.

用于海水脱硫恢复系统的电化学-化学复合氧化方法探讨

本文将聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）刷电极用于海水脱硫电化学辅助恢复系统,研究不同初始pH、不同刷电极组合方式、一次海水掺混量、停留时间和二次海水掺混量等参数,在电化学-化学复合氧化和单独化学曝气处理时对SO2-3氧化效率和排水pH值的影响。结果表明,PAN-CF刷电极对SO2-3具有显著的电催化活性,电化学氧化效率与初始pH（3--6）值无关,而化学氧化则在pH增加时氧化效率升高。在一次掺混比2∶1时,相比于单独化学氧化处理4 min的结果（SO2-3氧化效率仅为88%）,采用电化学-化学复合氧化处理2min后SO2-3氧化效率已达91.2%,而后再化学曝气处理2min可使SO2-3氧化效率达到95%,海水的pH值提升到6.04。因此,复合氧化比单独化学曝气处理更易形成有利的二次掺混条件,使二次掺混比低至0.5∶1时,pH、溶解氧和SO2-3浓度就可达到排放标准。

海洋浮游生态系统中DMSP的来源及在食物链中的传递和转化研究进展

β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)是一种在海洋中普遍存在的重要生源有机硫化物,其降解产物二甲基硫(DMS)挥发到大气中会形成云凝结核,进而对大气温度产生负反馈效应。DMSP主要由浮游植物和部分细菌生物合成,在浮游食物链和微食物环中进行传递和转化,并进一步通过食物网进入更高营养级。浮游生物是驱动全球碳、硫循环的关键环节,在DMSP生物地球化学循环中的作用越来越受到人们的重视。本文针对DMSP的来源、归宿及在浮游食物链中的传递和转移等方面进行综述,介绍了浮游食物链和微食物环在DMSP传递、转化中的作用。DMSP在海洋食物链中仍有不少传递和降解途径为研究空白,今后应针对目前的研究不足深入开展DMSP的产生、传递和转化机制研究,进一步完善DMSP的生物地球化学循环机制。

海水电池用Mg-Ga-Hg合金的电化学性能

本文针对海水电池的使用工况条件,通过开路电位、动电位极化、恒流放电、失重等测试方法,系统评价了MgGa-Hg合金在海水中的电化学行为。结果表明,Mg-Ga-Hg合金开路电位为-1.91^-1.95V,在1~9mA/cm2电流密度下放电时工作电位均负于-1.9V,激活时间小于10s,电流效率在70%左右,且间歇放电性能良好,在大于1.5%盐度的静态或动态海水中均具有良好的电化学活性,适合作海水溶解氧电池负极材料。

表面活性剂对辛基酚在海洋沉积物上吸附行为的影响

本文系统地研究人工海水(ASW)中,3种不同类型表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,CTAB,阳离子表面活性剂;十二烷基苯磺酸钠,SDBS,阴离子表面活性剂;吐温20,Tween20,非离子表面活性剂)存在时辛基酚(OP)在海洋沉积物上的吸附行为。结果表明海洋沉积物中的有机质含量与海洋沉积物吸附OP的能力有着显著的正相关性。在表面活性剂浓度为0～10mg.L-1时,3种表面活性剂对OP在海洋沉积物上的吸附都有促进作用,其促进作用由强到弱顺序依次为:CTAB>Tween20>SDBS。在表面活性剂浓度从0增加到120mg.L-1,相同浓度的OP(4mg.L-1)在海洋沉积物上的吸附行为变化中,CTAB使OP的吸附量增加较快,当CTAB浓度大于40mg.L-1时溶液中未吸附的OP浓度低于检测限;SDBS使OP在海洋沉积物上的吸附量先快速增加、后趋于平稳;Tween20使OP在海洋沉积物上的吸附量先增加后减小,吸附量达到最大值时Tween20的浓度与其临界角束浓度浓度(CMC)相接近。

基于Nafion共聚还原氧化石墨烯/聚苯胺复合材料的H2O2电化学传感器

为实现对低浓度H2O2的快速检测,以玻碳电极为基底,Nafion(NF)为分散剂、成膜剂,原位电化学还原氧化石墨烯(GO)、电化学聚合苯胺,得到还原氧化石墨烯/聚苯胺(ERGO/PANI)复合物,以ERGO/PANI为修饰物,构建了无酶电化学传感器PANI/ERGO-NF修饰电极(PANI/ERGO-NF/GCE),对H2O2进行检测。利用扫描电镜和拉曼光谱对修饰电极的表面形貌和分子结构进行表征;利用电化学阻抗谱和循环伏安法研究了修饰电极的电化学性能及对H2O2的响应性能。结果表明:PANI/ERGO-NF/GCE对H2O2的电化学氧化显示出较好的催化活性,具有较高的检测灵敏度、较宽的线性范围以及较好的重现性、稳定性和抗干扰能力,在线性范围1~500μmol/L内,检出限0.1μmol/L。

膜技术在水产养殖废水处理中的应用进展

随着我国工厂化养殖业的飞速发展，养殖规模与日俱增，如何实现养殖废水的有效循环使用，避免由此导致的水生态环境问题引起广泛关注。由于养殖过程中需向水体中投放饵料和化学品，作为养殖生物的营养和消毒剂，所以养殖废水中除含有剩余饵料外，还含有化学物质及富含氮、磷的养殖生物排泄物等有害物质。

正渗透技术的应用进展

正渗透技术作为一种新兴的膜技术以其低能耗、耐污染的特点在国际上受到越来越多的关注,并且在海水淡化、绿色能源、航空航天、食品浓缩等多个行业得到了迅速发展。综述了正渗透技术在脱盐、浓缩和能源3个不同方面的应用进展,以及国内近几年在正渗透领域所取得的一些研究进展,并展望了该领域未来的发展前景。

PFOS在锐钛型TiO2表面吸附行为的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法对全氟辛烷磺酸(PFOS)在锐钛型TiO2表面的化学吸附和物理吸附行为进行了研究,其中化学吸附包含双齿双核(BB)和单齿单核(MM)在内的4种可能的吸附构型.吸附能(Eads)及反应吉布斯自由能(ΔGads)的计算结果表明,PFOS分子易于与TiO2表面发生氢键作用吸附;化学吸附表现为PFOS分子与TiO2表面的水分子(H2O)和羟基(—OH)反应,且与取代—OH相比,H2O取代相对更容易发生,其中,MM1构型(取代一个表面水分子)为化学吸附中的优势构型.PFOS在锐钛矿表面吸附的热力学稳定性和反应自发性顺序如下:H-Bonded(氢键吸附)>MM1(取代一个表面水分子)>BB1(取代两个表面水分子)>MM2(取代一个表面羟基)>BB2(取代一个表面水分子和一个表面羟基).成键结构分析表明,TiO2表面H2O/—OH官能团与PFOS上的磺酸基之间形成了中等强度的氢键;在化学吸附过程中,电荷从PFOS分子向TiO2表面发生转移,生成Ti—O—S化学键,电荷转移主要来自PFOS分子的O和F原子.

中国近岸海域优势藻种吸收利用磷的过程

通过现场采样和室内培养实验分析了藻类植物的生长状况和细胞结合态磷对磷酸盐浓度的响应.现场调查结果发现,在水华区域藻类植物的细胞磷库分布特点与非水华区域明显不同.室内培养结果发现,中肋骨条藻和东海原甲藻的最大磷酸盐吸收速率为7.71,2.39μmol/(L·d),最大比生长率分别为0.517,0.262d^-1,磷酸盐吸收同化率为5.9×10^-8,4.7×10^-7μmol/cell,前者具有更快的磷酸盐吸收能力,更高的比生长率和较低的磷酸盐吸收同化率.2种藻细胞内结合态磷通常占细胞总磷库的50%以上,是细胞磷库主要存在形式.中肋骨条藻种群可以通过藻细胞数量增长来吸收环境中的磷源,而东海原甲藻则会优先满足细胞自身的磷储存后进行细胞增殖.在高浓度磷环境中,东海原甲藻种群的细胞不同结合态磷的质量浓度会达到饱和.磷匮乏时,中肋骨条藻和东海原甲藻的细胞内结合态磷的质量浓度与零时刻相比分别降低了45%和66%,前者明显低于后者.培养过程中,中肋骨条藻单个细胞的细胞表面吸附态磷库(95%)比细胞内磷库(50%)的降低幅度更大,东海原甲藻则与之相反.

西太平洋添加营养盐培养实验中挥发性卤代烃含量动态变化

于2018年10月9日~11月1日采集西太平洋表层海水,通过营养盐添加船基培养实验,研究了不同营养盐条件下浮游植物的生长及其释放挥发性卤代烃(VHCs)含量的动态变化规律.结果表明,与对照组相比,氮磷营养盐的添加对叶绿素a(Chl-a)的含量和三氯乙烯(C2HCl3),四氯乙烯(C2Cl4),一氯二溴甲烷(CHBr2Cl),三溴甲烷(CHBr3)的释放量表现出显著促进作用,但促进程度与添加氮磷营养盐的浓度及比值密切相关.高浓度氮更有利于浮游植物的生长及C2HCl3和C2Cl4的释放.N/P比符合Redfield比值更有利于CHBr2Cl和CHBr3的释放.相比NO3--N,NH4+-N的添加更有利于4种VHCs释放.

聚多巴胺-氧化石墨烯-碳纳米管层状复合脱盐膜的制备及性能稳定性研究

二维纳米材料氧化石墨烯(GO)可通过层层堆叠成膜、构建层间毛细孔道,用于脱盐应用。然而,GO膜在运行过程中的渗透性能及其稳定性都有待提升。以亲水的碳纳米管(CNTs)为改性物,在聚多巴胺(PDA)修饰的基膜上交替喷涂多层GO(MLGO)和CNTs,制备出了多元层状复合脱盐膜。当MLGO-CNTs的单位面积质量为72 mg/m^(2)时,复合膜在5 bar操作压力下对1 g/L Na_(2)SO_(4)溶液的盐截留率最高达到92.8%,水通量最高可达到4.8 L/(m^(2)·h·bar),较PDA-MLGO膜提高了71.4%。在400 h的连续错流过滤实验中,复合膜的水通量稳定性高于PDA-MLGO膜。CNTs的管内空间和MLGO-CNTs组装间隙为复合膜引入了有效的渗透通道。

珠江口及海南岛东南海域海水中氨基酸的分布及其对有机物降解指示的研究

于2021年8月对珠江口及海南岛东南海域海水中的总溶解态氨基酸(THAA)、溶解有机碳(DOC)、有机氮(TN)和叶绿素a(Chl a)的浓度及分布进行了系统的调查研究。结果表明,调查站位海水中THAA的浓度范围为0.68~4.22μmol/L,平均浓度为(1.69±0.98)μmol/L,呈现近岸高、远岸低的分布趋势;垂直分布上,氨基酸浓度均呈现出随深度增加逐渐减小的特征。THAA浓度分布与天冬氨酸(Asp)/β-丙氨酸(β-Ala)和谷氨酸(Glu)/γ-氨基丁酸(γ-Aba)的比值具有显著正相关性,表明细菌活动对THAA的分布以及降解有重要影响。细菌源有机碳对DOC的贡献率约(13.04%±4.50%),呈现出近岸低于远岸、表层高于底层的特征。氨基酸中碳对有机碳的贡献率(THAA-C%)的分布趋势为近岸低于远海,说明近岸站位有机物降解程度更大。降解指数(DI)和活性指数(RI)也和THAA-C%呈现了相似的分布趋势,在调查海域的东部和珠江口近岸海域出现了高值区。垂直方向上,珠江口附近的S8-S14断面底层相对于表层降解因子的值更低,表明底层海水中的有机物降解程度更高,而海南岛东南海域表层降解因子低于底层,底层海水中有机物更新鲜。

壳聚糖纳米复合食品包装抗菌材料研究进展

基于壳聚糖纳米复合抗菌材料在食品包装中的应用潜力,介绍了壳聚糖薄膜材料的制备方法,综述了壳聚糖与银纳米粒子、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙等纳米材料复合制备复合抗菌材料的研究进展,指出壳聚糖是性能优异的食品包装材料,但是壳聚糖复合薄膜还存在机械强度低、阻隔性能差、抗氧化性弱和水溶性差等缺点。溶液流延法是简单方便且使用广泛的制备壳聚糖复合薄膜的方法;层层挤出法制备的壳聚糖复合薄膜具有良好的机械性能和热稳定性;与纯壳聚糖薄膜相比,壳聚糖与纳米材料复合制备的复合薄膜具有更好的抗菌性能。未来应加强对壳聚糖纳米复合食品包装抗菌材料安全性以及制备方法的研究,推动壳聚糖纳米复合材料的规模化生产和在食品包装中的应用。

应用电致化学发光分子探针技术对微小原甲藻的检测

以双特异分子探针技术(NPA-SH)为基础,运用电致化学发光技术(ECL)和磁性微球分选技术对其进行改进,成功建立了用于赤潮藻类定性定量分析的电致化学发光分子探针(ECL-MP)检测新技术.设计微小原甲藻特异性NPA探针并对其进行联吡啶钌和生物素标记,优化磁性微球使用量,在ECL检测装置中启动电化学反应,建立光信号与微小原甲藻细胞数目间的ECL-MP分析曲线并对其进行验证.结果表明,标记后的NPA探针具有一定的特异性和实用性;4μg是检测20μL目标藻杂交混合液的最适磁性微球使用量;在最适条件下,微小原甲藻细胞数的线性分析范围6.25×102～4×104个;比较ECL-MP和显微计数方法的样品检测结果,在95%置信区间内二者无显著差异(t-检验).ECL-MP方法为实现微小原甲藻现场样品的快速准确检测提供了一种新方法.