地下水系统中三氮转化规律及影响因素的实验研究

以氮的三态转化为研究对象,选用了5种不同浓度的氯化铵(NH4Cl)溶液做对照实验,研究了自然状态下NH4Cl溶液三氮浓度变化规律和影响因素。结果表明,①天然状态下NH+4-N的去除转化速度与NH+4-N的初始浓度呈现正相关关系;NH+4-N去除转化的浓度变化明显与生成的NO-2-N和NO-3-N浓度不符,这是由于有一部分NH+4与OH-结合生成氨气从溶液中逸散导致的;②在第82 d,硝化作用反应加剧,这是由于NO-2-N的浓度骤然降低的原因;③由于溶液中的溶解氧可以得到不断的补充以及缺少碳源,硝化作用得以持续进行,反硝化作用受到了限制,导致了NO-3-N的累积。本研究显示了三氮转化速率和影响因素在地下水氮污染的修复和治理中的巨大价值,为氮污染的修复和治理提供了新思路。

紧实型GO/PVDF复合膜对有机染料的去除性能研究

采用氧化石墨烯(GO)改性PVDF膜,利用浸没沉淀相转化的方法制备了紧实型GO/PVDF复合膜,对膜的亲水性、纯水通量和表面Zeta电位等性能进行了考察,并选择罗丹明B和甲基橙分别代表正负电荷染料,对膜的吸附、脱附和截留性能进行了考察。结果显示,膜的纯水通量从45.10 L/(m^2 · h)增加到58.40 L/(m^2 · h)。GO含量为0.50%(质量)时(M2),膜的综合性能较优。GO/PVDF复合膜对罗丹明B的吸附效果较好,1.5 d之后,M0~M3的吸附量分别为1.02、1.24、1.79和1.49 mg/g。乙醇对罗丹明B的脱色率达到80%以上。膜对甲基橙的吸附效果较差,M2的吸附量仅为0.46 mg/g,0.10 mol/L HCl溶液对甲基橙脱色率达到86%以上。膜对两种染料的截留率均保持在57.60%和57.20%以上。为纳米材料改性有机膜的制备以及对有机染料的去除提供了一定的科学依据。

Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4) p-n异质结的制备及其增强可见光催化降解四环素性能

利用水热和原位沉淀法将Ag_(3)PO_(4)纳米颗粒负载于Cu^(2+)掺杂的单斜相BiVO_(4)微球上成功制备了Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4)异质结构,并作为可见光下高效降解四环素(TC)的光催化剂.通过XRD、SEM、TEM、XPS、FTIR、UV-Vis DRS、PL和EIS等手段对样品进行了表征.结果表明,Cu^(2+)和Ag_(3)PO_(4)纳米颗粒的修饰增加了比表面积和可见光响应性能,为催化反应提供更多的异质结界面活性点位.铋(Bi)/银(Ag)物质的量比为2:1的Ag_(3)PO_(4)/Cu-BiVO_(4)催化剂在120min内对TC(20mg/L)显示出最高的光催化性能(91.68%),5次连续循环后降解率保持86.1%,表现出优异的光催化活性和稳定性.结合捕获实验和电子自旋共振(ESR)光谱证实h^(+)和·O_(2)^(-)为主要活性物种.光催化活性的增强主要归因于Cu-BiVO_(4)和Ag_(3)PO_(4)间p-n异质结构的形成和Cu^(2+)掺杂的能带调控作用,有效提高了光催化反应过程中载流子的分离和迁移效率.

溶解性微生物产物在GO/PVDF杂化膜面的污染行为

为了解析溶解性微生物产物(SMP)在GO/PVDF杂化膜面的污染特性,对膜片进行了宏观污染实验,并采用耗散石英微晶天平(QCM-D)从微观角度分析了SMP在自制镀膜芯片上的吸附规律和污染层结构变化.结果表明,GO含量为0.5wt%的膜污染恢复率最高(79.95%),抗污染能力最强.QCM-D实验发现,GO含量为0wt%镀膜芯片表面SMP吸附量最大,污染较为严重.膜片亲水性越强,吸附频率变化越小,抗污染能力越强.此外,GO含量为0.5wt%镀膜芯片表面的污染物结构比较疏松和柔软,其他膜表面的污染物结构较为坚硬和致密.

Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)的制备及其可见光光催化降解盐酸四环素研究

针对抗生素污染水体的修复,采用水热法和原位沉积法制备可见光驱动型Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)异质结光催化剂,并通过XRD、FT IR、SEM、XPS等手段对其相结构、形貌、化学成分进行表征。Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)复合材料在可见光(λ>420 nm)照射下对盐酸四环素(TCH)降解表现出增强的光催化活性和稳定性。在Ag_(3)PO_(4)与Ag BiVO_(4)物质的量比为1∶2的Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)2体系中,150 min内对TCH(20 mg/L)的降解率为81.6%,速率常数为0.01002 min 1。光催化活性的增强可归因于Ag BiVO_(4)与Ag_(3)PO_(4)之间紧密的异质结界面和Ag+掺杂的协同效应。通过紫外可见漫反射光谱(UV Vis DRS)、光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)等测试证实Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)具有良好可见光响应和增强的光生电子空穴分离特性,可以促进光生载流子的电荷转移。活性物种捕获试验表明h+和·OH为光催化体系中的主要氧化物质,并基于试验和表征结果提出Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)复合材料的光降解反应机制。研究表明,Ag_(3)PO_(4)/Ag BiVO_(4)复合材料可作为一种高性能、低成本的可见光驱动型环境污染修复光催化剂。

尺寸可控的二氧化锰纳米花的制备及降解RhB性能研究

利用液相合成的方法,在90℃下,高锰酸钾在酸性条件下发生自分解反应制备了水钠锰矿型二氧化锰(Bir-MnO_(2))纳米花。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等手段,对制备的Bir-MnO_(2)纳米花的结构与形貌进行了表征。在合成反应中通过控制油酸钠的加入量制备出不同尺寸的纳米花,其原理是油酸钠与高锰酸钾反应生成Bir-MnO_(2)晶核,在锰含量一定的条件下晶核越多纳米花的尺寸越小。对制备的Bir-MnO_(2)纳米花进行了降解罗丹明B(RhB)性能的研究,考察了纳米花尺寸、pH值对降解性能的影响以及循环降解的能力。实验结果表明,Bir-MnO_(2)纳米花尺寸越小,降解RhB的性能越好;体系pH值是降解反应的控制因素,pH值在4以下Bir-MnO_(2)纳米花降解RhB性能最佳,RhB的降解率可达到92.4%;制备的Bir-MnO_(2)纳米花经过5次循环降解,RhB降解率均在85%以上。

基于地理探测器的滹沱河流域植被覆盖时空变化与驱动力分析

滹沱河流域位于山西和河北两省境内,是山西忻州市和河北石家庄市的“母亲河”,也是海河流域的重要组成部分,对于区域生态环境和城市发展起到重要作用。本研究基于2000—2020年21年间月尺度MOD13Q1(250 m)数据集,在总结区内植被覆盖空间分异特征基础上,采用一元线性回归方法分析了流域内植被时空变化趋势,借助皮尔逊相关分析方法讨论了温度、降水量与归一化植被指数(NDVI)之间的相关关系,利用地理探测器将区内温度、降水量、植被类型、土壤类型、海拔等自然因子,以及土地利用类型、人口密度、GDP等人为因子进行统计划分,系统探讨了各驱动因子对NDVI的影响程度,明确了流域内植被时空变化特征及其驱动因子的驱动力大小,为生态环境保护以及可持续发展提供了依据。结果表明:1)近21年来,区内植被覆盖度总体呈现增加的趋势,每年5—9月NDVI平均值为0.71,Slope指数平均值为0.0035,区内植被恢复以轻度改善为主,NDVI改善区域面积占81.00%,退化区域占10.08%。2)区内NDVI与降水量、温度之间整体均呈现正相关关系,NDVI年际变化同降水量更密切,但阳泉、石家庄周边地区NDVI同二者呈负相关关系,可能受人类活动影响显著。3)区内单个驱动因子对NDVI影响程度由大到小排序为:降水量>温度>土地利用类型>植被类型>土壤类型>人口密度>GDP>海拔,其中前3个因子的q值均大于0.3,作为影响区内NDVI的主要驱动因子。4)区内各驱动因子交互组合驱动力显著高于单个驱动因子,并呈现双因子增强效应,其中人为因子中土地利用类型同自然因子降水量的交互作用最大,q值为0.74,明显高于仅有人为因子或仅有自然因子进行的交互作用。总体来看,人类活动对区内植被覆盖时空格局产生了较强的影响,综合考虑气象因素并合理规划土地利用是改善区内植被覆盖的关键因素。

BiOCl/BiOI复合光催化剂的制备及其降解四环素的性能研究

使用溶剂热法制备BiOCl/BiOI复合光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis、XPS等技术手段对两相复合材料的晶体、形貌和性质等进行表征。使用氙灯模拟太阳光源照射样品,分析光催化材料对四环素的降解能力。结果表明,复合比例为Cl∶I=3∶7时,光催化降解效果最优,反应80 min,四环素的降解率可达87%,这是由于两相复合材料中形成了异质结,使得材料的光催化活性得到显著提升,且光生载流子的分离效率得到提高。

铋基复合氧化物光催化剂的制备改性及其在环保领域的应用

以近几年的铋基光催化剂研究为基础,总结出几种铋基复合氧化物(BiVO_(4)、Bi_(2)WO_(6)、Bi_(2)MoO_(6)、CuBi_(2)O_(4)和BiFeO_(3))的主要制备方式,如沉淀法、固相烧结法、水热法、溶胶-凝胶法等,并介绍了贵金属沉积、形貌调控、离子掺杂和构筑异质结等常见的改性方式。改性后的铋基复合氧化物光催化剂由于可见光范围扩大、电子迁移率升高,从而表现出更优异的光催化活性,进而能在治理有害废气、新型污染物、染料废水和光催化抗菌等环保领域发挥更有效的作用。为研究铋基复合氧化物光催化剂在环保领域的开发利用提供参考。

温度对湖湾沉积物垂向氮吸附特征影响的研究

沉积物中氮是上覆水体营养盐的主要来源之一,垂向各层沉积物对上覆水体中氮含量的贡献不同,温度对各层沉积物氮释放影响较大。该研究在调查藻型湖湾上覆水和沉积物氮素空间分布的基础上,开展温度对沉积物垂向氮吸附特征的影响研究,揭示微生物群落在此过程中的响应。结果显示,研究区域水体总氮最高可达2.85 mg/L,沉积物表层总氮含量最高,在958.23~1 123.54 mg/kg之间。沉积物吸附动力学结果表明,沉积物对氨氮的吸附主要发生在前2 h,不同温度下平衡吸附量(Q_(e))随温度的降低而增大(15℃时Q_(e)均值为0.68 mg/g)。吸附等温实验结果表明,沉积物对氨氮的理论最大吸附量(Q_(max))为3.13~32.25 mg/g,其中在25℃下,底层沉积物Q_(max)最高可达32.25 mg/g。表层沉积物氨氮的平衡吸附浓度(ENC_(0))均高于上覆水中氨氮浓度,达0.22~2.78 mg/L,中、底层沉积物ENC_(0)均小于0.17 mg/L,低于间隙水氨氮浓度,表明表层沉积物中氨氮有向上覆水释放的风险,中、底层沉积物氨氮释放风险较小。此外,微生物群落结构分析显示,沉积物表层比中、底层含有更多脱氮功能微生物(变形菌门中的类固醇杆菌属)优势菌落;冗余分析结果显示叶绿素a含量是影响微生物群落丰度的重要因素之一。

Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI的制备及降解2,4-D的性能研究

采用水热法制备了微米球花状结构的Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI复合材料,通过SEM、XRD、XPS和UV-Vis等手段对催化剂进行表征分析。结果表明,该催化剂对2,4-D具有高效的光降解性能和光催化效率(80 min,88%)。降解速率常数为2.498×10^(-2)min^(-1),分别是Br∶I=5∶5(K=2.004×10^(-2)min^(-1))、BiOBr(K=1.289×10^(-2)min^(-1))和BiOI(K=6.98×10-3min-1)的1.25倍、1.94倍与3.58倍。这是由于Fe_(3)O_(4)/BiOBr/BiOI复合材料内部形成了异质结,利于光生载流子的分离。此外,5次循环实验后,降解效率保持在82.9%,证明该催化剂稳定、可回收、可磁分离。

沉积物氮模拟释放过程中氨氧化菌群落变化

通过室内沉积物氮释放模拟实验,研究了滇池海埂地区沉积物氮释放通量与其沉积物-水界面氨氧化菌(AOB)群落结构的响应关系。结果表明,4个点位沉积物氮释放过程中,NH_(4)-N的释放通量随时间的增加而减小,数值趋于0,NO_(2)-N释放通量呈现先增大后减小的趋势,这是由于沉积物-水界面AOB群落活动的结果。变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱分析表明,随着前9 d NH4-N释放通量的增加,AOB群落多样性增加;由于沉积物-水界面NO_(2)-N被进一步氧化成NO_(3)-N,AOB群落多样性也随之减小。此外,AOB群落同一点位各时间段在主成分上无明显差异,pH和NH4-N对AOB群落分布结构影响显著(p<0.05)。

Ni离子掺杂改性MoS_(2)及其光催化降解四环素的性能研究

采用水热法制备MoS_(2)及Ni-MoS_(2)光催化材料。利用XRD、SEM、UV-Vis、XPS等进行形貌、晶型结构、组成及性质等表征。用300 W的氙灯作为光源,模拟太阳光照射样品,测试Ni-MoS_(2)降解四环素的光催化性能。结果表明,3%Ni-MoS_(2)的光催化性能最佳,反应90 min,对四环素的降解率为67.1%,光催化活性提高是由于镍过渡金属离子的掺杂使得MoS_(2)的禁带宽度减小,提高对可见光的利用率及有效的抑制了光生载流子的复合。

铋酸铜光催化剂的制备改性及其在能源环保领域的应用

以具有成本低、光催化降解效果好、无二次污染等优点的铋酸铜光催化剂为研究基础,从形貌调控、元素掺杂、贵金属沉积、半导体复合以及碳材料复合等方面介绍铋酸铜的制备与改性。改性后的铋酸铜光催化剂不仅能有效拓宽光响应范围、抑制光生载流子的复合、提高光催化活性,还可以增加材料的稳定性,在治理有害废气、水中污染物以及产氢、产过氧化氢等能源环保领域中表现出优异的性能,为铋酸铜光催化剂在能源环保领域的开发利用提供了参考价值。

纳米SiO_2-氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及特性

采用原位水解的方式制备了新型SiO_2-氧化石墨烯(GO)纳米杂化颗粒。选择GO、SiO_2、SiO_2-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯(PVDF)杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛血清白蛋白(BSA)截留率和污染恢复率等参数。结果表明,SiO_2-GO/PVDF-PVP膜的接触角从78.4°减小到66.02°,膜的亲水性能有所提升。同时,SiO_2-GO/PVDF-PVP膜的纯水通量最大(1018L/(m^2·h)),对BSA的截留率达到81.5%,污染恢复率达到了78.65%以上。新型SiO_2-GO纳米杂化颗粒协同PVP添加剂增强了PVDF超滤膜的水通量、污染物截留和抗污染特性等综合性能,为传统PVDF有机膜的改性提供了一种新方法。

氧化石墨烯改性PVDF/PET复合膜的制备及其抗污染性能

采用PET编织管作为复合膜的结构层,将PVP和氧化石墨烯(GO)分别作为制孔剂和改性剂与PVDF基材混合,通过涂覆-浸没凝胶相转化法制备得到具有亲水性的高强度PVDF/PET编织管复合膜。观察复合膜的断面结构和表面形貌,测定其纯水通量、表面基团以及接触角等性能参数,并将不同浓度GO改性复合膜应用于序批式膜生物反应器(SMBR)中。利用原子力显微镜(AFM)及自制的污染物胶体探针测定了溶解性微生物产物(SMP)与膜面之间的微观作用力,考察改性复合膜的抗污染特性。在40 d的反应器运行实验中,GO改性复合膜的清洗周期较改性前延长了20%~40%,该结果说明改性复合膜能够有效抑制膜面对污染物的吸附,且GO质量分数为0.5%时清洗周期最长。AFM测试结果显示,复合膜中GO质量分数为0.5%时,SMP与膜面之间的黏附力最小,抗污染能力最强。

磺化氧化石墨烯/聚砜复合膜的制备及抗污染性能

采用浸没沉淀-相转化法制备了磺化氧化石墨烯/聚砜(SGO/PSf)复合膜,对SGO/PSf复合膜的亲水性、纯水通量、孔隙率、表面Zeta电位、膜断面和表面形貌进行测定。为了分析SGO/PSf复合膜的抗污染性能,采用自制牛血清白蛋白(BSA)探针,借助原子力显微镜(AFM)测定了SGO/PSf复合膜与BSA之间的黏附力。结果表明,由于SGO与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的协同作用,SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的表面自由能最大(114.47mJ/m^2),亲水性最好,对BSA的截留率为97.5%,污染恢复率达到80.06%。BSA与SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜之间的黏附力最小(-0.61mN/m),说明SGO含量为0.5wt%的SGO/PSf复合膜的抗污染能力最强。

蛋白类污染物在PVDF/GO杂化膜表面的吸附特性

为从微观层面探讨蛋白质在膜表面的污染特性,采用改性Hummers法制备出具有"二维结构"的氧化石墨烯(GO),制得不同GO添加量的改性膜,通过自制的镀膜芯片,结合耗散型石英晶体微天平(QCM-D)等研究了牛血清蛋白(BSA)对改性膜污染的动态过程。结果表明:GO表面含有大量的亲水性官能团,其添加量不同,改性膜的接触角呈现不同程度的降低,且改性膜的亲水性越高,BSA在膜面的吸附速率和饱和吸附量相对越低。吸附过程中污染物在改性膜面的吸附累积经历了2个阶段,吸附初始阶段BSA在膜面快速累积,污染层的黏弹性较小;吸附过程中GO改性膜表面的亲水性官能团促使水分子不断地渗透到污染层中,改变吸附层的构象,导致其黏弹性显著增大,使改性膜的抗污染性能得到有效提高。

氧化石墨烯/海藻酸钠复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附性能和机制

海藻酸钠(SA)基的过滤膜是处理含Pb(Ⅱ)废水的理想膜分离材料,将氧化石墨烯(GO)和尿素添加进SA中,以CaCl2溶液交联,制备出GO/SA复合膜,并考察了其对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能。通过静态吸附实验,探讨了Pb(Ⅱ)初始浓度、GO质量分数、初始pH值和吸附时间、吸附-解吸次数等对GO/SA复合膜吸附Pb(Ⅱ)效果的影响;对吸附过程进行了吸附动力学和吸附热力学分析,利用FTIR-ATR、XPS等对GO/SA复合膜吸附Pb(Ⅱ)的机制进行了解析。结果表明,GO/SA复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附量与Pb(Ⅱ)初始浓度正相关,在pH=5时吸附效果最优,GO质量分数为0.3wt%时为最优配比;吸附过程符合伪二级动力学模型;热力学等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,温度为318 K时,Langmuir模型拟合得到的GO/SA复合膜吸附量达到320.51 mg·g-1。GO/SA复合膜对Pb(Ⅱ)的吸附机制主要为物理吸附。

氧化石墨烯-氨基酰化酶/聚偏氟乙烯复合膜的制备及特性

通过静电吸附法成功制备了氧化石墨烯-氨基酰化酶(GO-acylase)颗粒。将GO和GO-acylase颗粒分别添加到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中,通过相转化法制备了GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜。结果显示,GO-acylase/PVDF复合膜的粗糙度最低(Ra=8.21nm),表面最平滑。GO/PVDF和GO-acylase/PVDF复合膜的接触角较小(73.72°和71.31°),说明复合膜的亲水性优于纯PVDF膜。由于GO的添加会增强溶质和非溶质之间的转化过程,从而导致GO/PVDF复合膜的纯水通量最大(69.0L/(m^2 h))。经过测定,GO-acylase/PVDF复合膜的生物活性在4℃下可以持续4周左右。研究结果表明,GO-acylase/PVDF复合膜的成功制备为抗生物污染膜的研发提供了新思路。