强化生物除磷过程中聚β羟基烷酸酯的红外光谱分析

强化生物除磷是废水生物除磷的主要技术手段。在厌氧与好氧交替运行的反应过程中,污泥中聚β羟基烷酸酯(PHA)经历了厌氧储存和好氧降解的过程,其位于1 740 cm-1吸收峰亦呈现出先增强后减弱的变化。通过比较PHA标准品的红外光谱图,实现了活性污泥PHA的红外特征归属,1 740 cm-1红外吸收峰源于PHA羰基特征吸收。利用高斯分峰法将相互重叠的PHA峰、蛋白质Ⅰ峰和蛋白质Ⅱ峰进行了分离,PHA与蛋白质Ⅰ峰的峰面积比值与PHA测定值有较好相关性,相关系数可达0.873,峰面积比值可反映污泥中PHA的变化趋势。选取1 480~1 780 cm-1区域红外光谱,经过归一化处理并转化为吸光度数据后,结合污泥样品PHA含量的色谱分析结果,应用偏最小二乘法建立了污泥样品红外光谱与PHA含量的关系模型,模型预测值与测量值具有较好的一致性,结合未知浓度活性污泥样品的红外光谱以及该关系模型,可以迅速预测未知污泥样品中的PHA含量。该方法的研究为污泥胞内PHA的快速表征和定量分析提供了新的分析方法。     

三维荧光与紫外光谱联合表征样品中猝灭剂赋存状态:以胡敏酸与Fe(Ⅲ)相互作用为例

利用三维荧光-紫外光谱表征了荧光猝灭剂的赋存状态,当样品体系中存在Fe(Ⅲ)的情况下,胡敏酸会发生荧光猝灭现象,而其紫外光谱基本不受影响。考察了胡敏酸荧光强度I值(Ex/Em=300 nm/510nm)和紫外吸光度A值(UV300)的变化,I/A比值越小,说明水样中猝灭剂Fe(Ⅲ)浓度越高。当胡敏酸为10,15和20 mg·L~(-1)时,根据Stern-Volmer公式I/I_0=1-f_c×K_c×[c]/(1+K_c×[c])以及拟合函数I/A=f×[k/(CFe~(3+)+c)+b],拟合得到荧光猝灭常数K_c=1.08~1.15,比例系数f_c=1.10~1.14之间,胡敏酸荧光强度值与吸光度比值(I/A)及铁离子浓度(C_(Fe~(3+))相关曲线系数f=0.83~1.19,k=587.19~612.19,c=0.87~0.92,b=-87.09~-46.36,拟合曲线相关性R~2均为0.99。Stern-Volmer公式描述了Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的猝灭作用,但实际样品测定时难以获得无猝灭剂时的荧光强度I_0。基于荧光强度I_0与紫外吸光度A之间的内在联系,两者比值I/A与Fe(Ⅲ)浓度c的拟合函数亦可以反映Fe(Ⅲ)对胡敏酸荧光的影响。利用拟合公式预测城市污水厂及纳污河流样品的树脂分离富集液中铁离子浓度,与电感耦合等离子体发射光谱仪实际测量值相比,铁离子浓度较高的情况下(铁离子浓度大于0.4 mg·L~(-1)时)预测结果较好,可以判断猝灭剂的存在及相应浓度。     

非金属掺杂改性TiO_2光催化剂的机理

为了扩展TiO2光催化剂对可见光的利用,以非金属元素对其进行掺杂和改性是近年来很活跃的研究内容,文献报道主要有氮、碳、硫、氟等非金属元素的改性结果。各种不同的改性方法如高温气氛还原、脉冲激光沉积、离子溅射、机械化学、溶液湿法等都可以得到非金属元素改性。本文重点探讨了氮改性TiO2光催化剂的结果,氮改性TiO2的方法和改性机理,讨论了氮改性TiO2的结构及其对可见光的利用机理等,对碳、硫、氟等元素掺杂改性也作了简要介绍。     

超声化学合成半导体氧化锌纳米杯

在室温下,以硝酸锌和六次甲基四胺的水溶液为前驱体溶液,通过超声辐照20 min制得了半导体ZnO纳米杯。粉体用XRD、EDS、FESEM、TEM、SAED和HRTEM进行了表征。结果表明：ZnO纳米杯为六方纤锌矿相的单晶结构,产量高,杯高在90 nm左右。讨论了超声时间和碱的浓度对晶体生长的影响,分析了可能的反应机理。室温下的PL光谱表明粉体有在389 nm处较强的激子发射和中心区在530 nm处较宽的黄绿光发射。     

主成分分析结合BP神经网络对短程生物脱氮中氮的近红外光谱研究

为实现高效短程生物脱氮及氨氮和亚硝酸盐氮的快速检测,采用主成分分析结合BP神经网络的方法建立短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮的近红外光谱定量分析模型(BP神经网络模型)。工艺运行结果表明：原水经过好氧阶段氨氮从45.3 mg·L-1下降到2.7 mg·L-1,亚硝酸盐氮从0.01 mg·L-1上升到19.6 mg·L-1,硝酸盐氮受到抑制;在缺氧段亚硝酸盐氮从19.6 mg·L-1下降至1.2 mg·L-1,系统实现了良好的短程生物脱氮效果。水样原始光谱主成分分析表明：前13个主成分代表了原始光谱数据的信息,其累计贡献率达到95.04%,排除了冗余信息且大大降低了模型的维数,光谱数据矩阵从192×2 203减少到192×13,大大降低了运算量并提高了模型的精度。BP神经网络模型校正结果显示：BP神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮校正时的决定系数(R2)分别达到0.950 4和0.976 2,校正均方根误差(RMSECV)分别为0.016 6和0.010 9。BP神经网络模型预测结果显示：BP神经网络模型对氨氮、亚硝酸盐氮预测输出与期望输出之间的决定系数(R2)分别为0.974 0和0.981 4,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.033 7和0.028 7,模型预测效果良好。研究表明,BP神经网络模型可以通过快速测定水样的近红外光谱数据预测短程生物脱氮工艺中氨氮和亚硝酸盐氮浓度,并根据氨氮和亚硝酸盐氮浓度变化及时、灵活地控制工艺的运行,为生物脱氮提供快速有效的检测技术和科学依据。     

非金属掺杂改性TiO2光催化剂的机理

为了扩展TiO2光催化剂对可见光的利用,以非金属元素对其进行掺杂和改性是近年来很活跃的研究内容,文献报道主要有氮、碳、硫、氟等非金属元素的改性结果.各种不同的改性方法如高温气氛还原、脉冲激光沉积、离子溅射、机械化学、溶液湿法等都可以得到非金属元素改性.本文重点探讨了氮改性TiO2光催化剂的结果,氮改性TiO2的方法和改性机理,讨论了氮改性TiO2的结构及其对可见光的利用机理等,对碳、硫、氟等元素掺杂改性也作了简要介绍.     

非金属掺杂改性TiO2光催化剂的机理

为了扩展TiO2光催化剂对可见光的利用,以非金属元素对其进行掺杂和改性是近年来很活跃的研究内容,文献报道主要有氮、碳、硫、氟等非金属元素的改性结果.各种不同的改性方法如高温气氛还原、脉冲激光沉积、离子溅射、机械化学、溶液湿法等都可以得到非金属元素改性.本文重点探讨了氮改性TiO2光催化剂的结果,氮改性TiO2的方法和改性机理,讨论了氮改性TiO2的结构及其对可见光的利用机理等,对碳、硫、氟等元素掺杂改性也作了简要介绍.     

NH3热还原处理TiO2的结构与光催化活性研究

Different titanium oxide powders (ATiO2, BTiO2) were pretreated in ammonia (NH3) gas at high temperatures. After the pretreatment, the color of the titanium oxide powders changed from white to yellow or gray depending on the pretreatment temperatures. Morphologies and structures of the treated titanium oxide powders were characterized by physical chemical methods. XRD measurements showed that the crystalline structures were mainly mixture of anatase and rutile for the ATiO2 but only anatase for the BTiO2. Stronger absorption of visible light was observed for both types of samples using UV-Vis diffuse reflectance spectra.X-ray photoelectron spectroscopy demonstrated that doped nitrogen existed on the surface TiO2 after ammonia gas pretreatment. The photocatalytic activities of the treated titanium oxide samples were evaluated via the photodegradation of methyl orange and phenol in aqueous suspensions. No obvious improvement in photocatalytic activity was achieved by ammonia pretreatment although it could enhance the absorption of light. Effects of treatment temperatures on photoactivities were complete different for ATiO2 and BTiO2 (i.e. higher treated temperatures yielded higher activities for BTiO2 but lower for ATiO2). All samples yielded lower activity levels after ammonia pretreatment without regard to pretreatment temperature or the reaction light resource.     

超声化学合成多角星形氧化锌

室温下将乙酸锌和三乙胺的水溶液超声辐照30 min,制得三维的多角星形半导体ZnO微晶。粉体用XRD、FESEM、TEM和EDS进行了表征。结果表明：粉体ZnO为六方纤锌矿相结构的多角星形微晶,星形结构由纳米锥组装而成,纳米锥由微小的纳米粒子构筑而成。改变超声时间和三乙胺浓度的对比实验跟踪了晶体的生长过程,分析了可能的反应机理。粉体室温下的PL表明在387nm处有一弱的紫外发射峰,在561 nm处出现强且宽的黄色发光带,黄光是与间隙氧(填隙氧)有关的深能级缺陷发光引起的。     

NH3热还原处理TiO2的结构与光催化活性研究

研究了NH3气氛热还原处理两种TiO2光催化剂的形态(ATiO2,BTiO2)及其活性,400和500℃处理2 h的催化剂均显示黄色,而600℃以上处理则显示深灰色．以XRD、UV-Vis分析了NH3处理TiO2的结构,XRD表明ATiO2催化剂以锐钛矿和金红石混合晶型存在,而BTiO2只有锐钛矿型．UV-Vis结果发现NH3处理的两种TiO2在可见光区域都有很强的吸收．以甲基橙和苯酚研究了紫外光和太阳光下的光催化活性,结果表明NH3处理对两种不同制备方法的TiO2光催化活性影响存在显著差异,ATiO2随氨热处理温度提高活性降低,甲基橙50 min脱色率由400℃样品的100％逐步降到700℃样品的37％;而BTiO2随处理温度提高活性增加,甲基橙50 min脱色率由400℃样品的29％逐步提高到700℃样品的88％．在可见光下,ATiO2的活性与紫外光下规律相似,而BTiO2除了500℃样品外几乎都没有活性．最后对经过NH3处理的与未经处理的BTiO2活性进行了比较,发现NH3处理导致BTiO2光催化活性显著降低．