雙良環(huán)境最新科研動態(tài)(2021-10)

2021-10-01 16:23:34 0 雙良環(huán)境

1.石墨烯-TiO₂和石墨烯-ZnO納米復合光催化劑用于廢水處理的綜述
引自：Kunal G. Thakre,Divya P. Barai,Bharat A. Bhanvase.A review of graphene-TiO2 and graphene-ZnO nanocomposite photocatalysts for wastewater treatment.Applied Water Environment Federation,10 August 2021.

圖1 光催化膜的一般優(yōu)缺點

用更新的方法處理廢水已成為人類福祉可持續(xù)發(fā)展的需要。要實現(xiàn)這一點，納米技術在提供補救措施以有效減少來自不同來源的廢水中的污染物方面發(fā)揮了重要作用。在各種材料中，半導體由于其優(yōu)異的光活性而獲得了極大的重視。同時，石墨烯作為最堅固的材料之一，具有獨特的物理、化學、熱和光學特性，在減少廢水中的污染物方面也有多種應用。隨著納米科學的進一步發(fā)展，納米復合材料的易于合成將這項研究提升到一個更高的水平。含有光催化活性材料，特別是 TiO₂和 ZnO 的石墨烯納米復合材料在環(huán)境應用中具有多種用途。這些材料具有獨特的性質，如高比表面積、高光活性、高電子遷移率、高吸附性等，使其適用于光催化廢水處理。由于如此強大的特性，它們在去除/降解各種類型的有機、無機物以及污染水的病原體方面非常有益。易于制備、增強的光催化活性、吸附污染物的高效率和選擇性吸附等特性使這些納米復合材料對水修復效率具有很高提升空間。此外，使用生物質衍生的石墨烯合成這些納米材料也非常有利。這可以進一步提高廢水處理過程的可持續(xù)性。此外，未來需要做更多與許多其他方面相關的工作來改進光催化材料。鑒于要實現(xiàn)的光催化性能，必須開發(fā)涉及石墨烯基光催化劑設計的各種策略。此外，石墨烯基光催化劑也具有不同的缺點和挑戰(zhàn)，可以進一步研究克服。

2. 一種高效、穩(wěn)定、可重復使用的聚合物/TiO₂光催化膜對水污染的治理
引自：Lin Ma,Yu Chen,Junping Zheng. An efficient, stable and reusable polymer/TiO₂ photocatalytic membrane for aqueous pollution treatment,29 March 2021.本研究采用了一種簡便、高效的方法將TiO₂納米粒子(TiO₂ NPs)固定在聚合物基體上，使其同時具有光催化降解效果好，不需要后處理的優(yōu)點。介紹了2-(甲基丙烯酰氧基)乙基三甲基氯化銨(MTC)作為可聚合的陽離子配體，與TiO₂建立靜電相互作用NPs提高了納米粒子的分散性，進而增強光催化效率。傅里葉變換紅外光譜以及x射線衍射結果表明，已成功將TiO₂ NPs引入納米復合材料中，同時基體固定掃描電鏡和透射電鏡結果結果表明，二氧化鈦NPs的分散均勻，粒徑在20 nm左右。系統(tǒng)的光降解實驗證明了制備的聚合物/TiO2納米復合膜在不同條件下的具有極好的光催化降解效率。亞甲基藍(MB)在270 min紫外線照射下分解速率可達99.66%。此外，還發(fā)現(xiàn)納米復合光催化劑在循環(huán)分解試驗中表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，在20次循環(huán)后仍保持高達98.7%的降解效率，表現(xiàn)出極好的穩(wěn)定性和可重復性。所以聚合物/TiO₂納米復合膜在光催化降解和水污染方面的治理有廣大的應用前景。

圖2透射電鏡的圖像

3. 中文標題：飲用水處理殘渣形成的氮循環(huán)微生物群具有高氮轉化率引自：Wang Changhui , Tian Linqi , Wang Zhanling,et al.Journal of Cleaner Production Volume 2021,320:128840.Drinking water treatment residue structures nitrogen-cycling microbiomes with consequences for high nitrogen conversion.飲用水處理殘渣法(DWTR)在環(huán)境修復中通常表現(xiàn)出良好的微生物脫氮效果?？紤]到DWTR中相對較高的鐵(Fe)濃度以及Fe循環(huán)微生物群落在自然界中調節(jié)N循環(huán)的重要性，本研究假設對N的良好去除效果來自于DWTR中N與Fe循環(huán)相關的微生物群落的耦合，然后通過使用宏基因組技術和高通量測序分析的微生物富集測試進行驗證。結果表明，以干重0.05%的活性污泥播種的DWTR具有較強的穩(wěn)定轉化不同形式N的能力。富集約90天后，DWTR中表征了完整的微生物N循環(huán)，包括41個功能基因。已鑒定的功能微生物群落在不同N水平富集的 DWTR中顯示出相對較高的相似性，盡管這些群落往往受到N負荷和初始N濃度的影響。重要的是，通過對比結果表明，N循環(huán)途徑（除固氮外）與不同F(xiàn)e循環(huán)屬之間存在密切相關性，這表明了鐵和氮循環(huán)相關微生物群落的綜合功能。富集后DWTR對P的吸附能力仍保持不變。綜上所述，DWTR可增強微生物功能同時能控制氮磷污染。

4. 中文標題：緊密耦合光催化和生物降解反應器中光催化劑涂層和操作條件的優(yōu)化：實現(xiàn)反應器穩(wěn)定高效的性能
引自： Guo Y , Dong S , Zhou D . Optimization of the photocatalyst coating and operating conditions in an intimately coupled photocatalysis and biodegradation reactor: Towards stable and efficient performance[J]. Environmental Research, 2021, 204(Pt A):111971.
緊密耦合光催化與生物降解（ICPB）技術對礦化物及持久性有毒物質的降解是一項新型的技術。良好的光催化性能對于先進的ICPB系統(tǒng)至關重要，光催化劑的涂層和照明條件是強有力的決定因素。在本研究中，采用響應面法（RSM）結合中心復合材料設計（CCD）進行分析，以鹽酸四環(huán)素（TCH）為模擬污染物，探索最佳操作條件。采用聚乙烯醇縮丁醛（PVB）形成粘附層，增強P25 TiO₂活性和穩(wěn)定性。在混合時間為20 h、TiO₂用量為8 g/L、PVB濃度為0.5 wt.%的情況下達到最佳涂層條件。ICPB反應器的最佳運行條件為載體體積比為40%，光照強度為6000 μw/cm²。這些條件對于生產所需的中間體和功能性微生物的生存至關重要。在最優(yōu)參數(shù)下，有約98%的TCH去除率和約為40%礦化率，對Q67照度的抑制率僅為30.32%。這是對ICPB制備和操作進行優(yōu)化的第一步，對ICPB在工業(yè)中的實際應用具有重要意義。

圖3 ICPB反應器和相關機制的示意圖

5. 中文標題：基于高嶺石、水泥、TiO₂的新型復合材料用于光催化高效去除苯酚
引自：New composite material based on Kaolinite, cement, TiO₂ for efficient removal of phenol by photocatalysis.Latifa Morjène, Fadhel Aloulou, Minoo Tasbihi, et al. Environmental Science and Pollution Research，2021.
光催化是去除水中苯酚等多種有機污染物的重要方法之一。在本研究中，闡述了一種含有高嶺石、水泥和經TiO₂改性的木纖維的新型復合材料，以用作建筑材料，作為降解苯酚的光催化劑。通過簡單的方法將不同種類和數(shù)量的TiO₂（PC500、P90和C-TiO₂）固定在復合材料中。采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、N₂吸附-脫附（BET）和掃描電鏡（SEM）對復合材料進行表征。這些表征證實了TiO₂在新型復合材料中的分散性。FTIR結果顯示，在2921–2851 cm^-1處出現(xiàn)兩個峰值，表明粘土顆粒在插入復合材料之前已成功處理。XRD結果表明TiO₂的晶相為銳鈦礦。研究了該復合材料在紫外光（369 nm）照射下降解水溶液中苯酚的光催化活性。研究發(fā)現(xiàn)，添加TiO₂后，光催化效率顯著提高。與3% PC500和3% C-TiO₂復合材料相比（苯酚降解率分別為29.88%和22.64%），3% P90 復合材料（41.65%）的光催化活性最高。結果表明，反應動力學實驗數(shù)據(jù)符合一級模型。

圖4
6. 中文標題：不同銳鈦礦-金紅石比對TiO₂同質結催化劑能帶邊緣位置和缺陷狀態(tài)的影響引自：Pooja P. Sarngan, Agasthiyaraj Lakshmanan, Debabrata Sarkar. Influence of Anatase-Rutile Ratio on Band Edge Position and Defect States of TiO₂ Homojunction Catalyst.
Chemosphere 286 (2022) 131692
環(huán)境中的有毒空氣的去除和水的分解已成為全世界面臨的重大挑戰(zhàn)。混合相金紅石-銳鈦礦二氧化鈦催化劑在光催化方面非常有效，并已被廣泛研究。然而，引起這種效應的機制和兩相的能帶排列尚不完全清楚。針對這個問題，我們設計了一維混合相 TiO₂并在價帶附近引入了缺陷。實驗結果表明，兩相之間的能帶排列，能帶邊緣的上移和最佳銳鈦礦比例在提高光催化活性方面起著關鍵作用。我們預測了由缺陷引起的表面電偶極層引起的能帶邊緣的變化。