生物炭去除水中四环素的研究进展

随着抗生素药物(如四环素)的大量使用,近几年抗生素的环境行为和毒性已经成为人们的研究焦点和热点.我国的地表水、地下水、市政污水、养殖废水等不同水体中都检测到了四环素等抗生素药物,引发的水生态问题受到了众多学者的广泛关注.生物炭因具有制备来源广泛且易得廉价、比表面积大、孔隙发达、官能团种类较多等优点被学者们重点关注,已有众多文献报道发现不同种生物炭对四环素的吸附具有优越的性能.本文综述了近年来不同生物质制备的生物炭对四环素的吸附影响以及不同水化条件对四环素对生物炭吸附特征的影响,并阐述了生物炭吸附四环素过程中所涉及的机理.对进一步探究生物炭对四环素吸附的影响具有一定的指导意义.     

无机配体和溶液pH对四环素在石英砂介质上沉积行为的影响

目前为止，关于典型无机配体和溶液pH对四环素(tetracycline, TC)在石英砂介质上沉积的影响规律仍然知之甚少。在本研究中，通过吸附动力学和吸附等温线探究了三种典型的无机配体(即磷酸盐、硅酸盐和碘酸盐)对四环素在石英砂上吸附的影响机制。总体来讲，在pH 5.0～9.0范围内，所有的配体都能抑制四环素在石英砂介质上的沉积，这是由于配体能够增强砂粒和四环素阴离子(即TC^-和TC^2-)之间的静电斥力，以及配体和四环素分子对沉积位点的竞争。此外，配体对四环素的沉积抑制作用与配体类型密切相关，并遵循磷酸盐>硅酸盐>碘酸盐的规律。这一现象归因于具有不同分子大小的无机配体会影响四环素与砂粒的结合能力。有趣的是，由于pH引起了不同程度的沉积位点竞争效应，不同的无机配体对四环素沉积的抑制程度受到背景溶液pH的控制。总之，我们的研究结果清楚地表明环境中广泛存在的无机配体能够显著地影响四环素的沉积行为。     

Ni(OH)2量子点助催化剂修饰α-Fe2O3光阳极增强光电分解水性能

氢气具有无毒、能量密度高以及燃烧过程零污染等优点,被誉为是未来代替化石能源的优质新型能源载体.探索高效的、可持续的制氢技术对氢气能源发展至关重要.其中,光电化学水分解电池以太阳能作为驱动力将水分解成氢气和氧气,是解决能源和环境危机的理想途径之一.α-Fe2O3是一种窄带隙(～2.1 eV)半导体,可以吸收约40％的太阳光,同时具有天然丰度高、成本低等优点,是目前备受关注的光阳极材料.然而,由于α-Fe2O3空穴扩散距离短和表面产氧动力学慢等缺点,导致α-Fe2O3的光电分解水效率仍然较低.针对上述问题,目前主要通过掺杂、构建异质结和负载助催化剂等手段来改善其性能.其中,负载助催化剂可以有效降低水氧化活化能和促进表面电荷分离,是改善光阳极性能的有效手段.本文采用离子吸附和螯合剂调控水解两步法,将Ni(OH)2量子点(Ni(OH)2 QDs)原位生长于α-Fe2O3表面,成功构建了Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3复合光阳极.透射电子显微镜结果表明,Ni(OH)2以直径为3–5 nm的量子点附着于α-Fe2O3纳米棒表面,并形成独特且牢固的异质结结构.光电水氧化性能表明,所制备的Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3光电阳极表现出良好的光电性能,其光电流达到了1.93 mA·cm?2(1.23 V vs.RHE),是单纯α-Fe2O3的3.5倍,且Ni(OH)2 QDs助催化剂使α-Fe2O3的起始电位降低了～100 mV.2 h稳定性测试结果表明,Ni(OH)2 QDs助催化剂在提升α-Fe2O3光电水氧化性能的同时,自身能够保持良好的稳定性,这在Ni(OH)2作为光电水氧化助催化剂的研究中较为少见.通过电化学活性面积、开路电压、电化学阻抗谱、注入效率和强度调制光电流谱等表征了Ni(OH)2 QDs对α-Fe2O3光阳极和电解液界面电荷传输的影响.结果表明,Ni(OH)2 QDs不仅能充分暴露水氧化活性位点,促进载流子在界面快速迁移,而且能有效钝化α-Fe2O3表面态,从而降低光生电子-空穴表面复合几率.本文可为多功能和高效量子点助催化剂/半导体光阳极的构建及在光电分解水制氢方面的应用提供一定借鉴.     

负载1-丁基-3-甲基咪唑氯的固体炭磺酸催化水解纤维素

纤维素作为可再生资源,其催化水解得到的平台化合物对缓解能源压力具有重要的意义。 本文以生物质竹子为原料选择700 ℃预碳化、150 ℃磺化得到的固体炭磺酸为基体,负载1-丁基-3-甲基咪唑氯后得到离子液体功能化固体炭磺酸催化剂。 结果表明,催化剂最优条件下水解纤维素得到的总还原糖产率相对于固体炭磺酸提升了15.2%,循环使用后,依然表现出良好的催化性能。     

锌掺杂OV-β-Bi2O3可见光催化活性的提高:能带结构的调节和电荷分离的促进

采用溶胶-凝胶-原位碳热还原处理的方法,制备了一种含有氧空位(OV)的新型Zn掺杂β-Bi₂O₃纳米材料(OV-Zn∶Bi₂O₃),氧空位的浓度可以通过改变Zn²⁺的掺杂量进行调节。作为参照,只有氧空位没有Zn²⁺的新型β-Bi₂O₃(OV-β-Bi₂O₃)也通过类似的方法制得。通过紫外可见漫反射光谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振、光致发光光谱和光电化学测试,系统研究了氧空位和Zn²⁺掺杂对OV-Zn∶Bi₂O₃降解亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)可见光催化活性的综合影响。结果表明,氧空位的引入不仅可以使光吸收向长波方向拓展,而且可以促进光生载流子的分离。因此,与传统的β-Bi₂O₃相比,OV-β-Bi₂O₃对亚甲基蓝(MB)和2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)的降解活性显著增强。对于OV-Zn∶Bi₂O₃催化剂,Zn²⁺掺杂可使光催化剂的价带边缘向下移动,增强了光激发空穴的氧化能力,并且适量的锌掺杂也能提高光生载流子的分离效率。因此,OV-Zn∶Bi₂O₃的可见光活性优于OV-β-Bi₂O₃,而且当Zn与Bi物质的量之比为0.3时,OV-Zn∶Bi₂O₃-0.3对MB和2,4,6-TCP的降解活性最高。     

负载离子液体的生物质炭磺酸催化水解纤维素

纤维素是生物质的主要成分,其水解产物作为平台化合物在能源化工方面具有广泛的用途.绿色、低成本、高效的转化纤维素为平台化合物是目前研究的热点.本文报道了以生物质玉米秸秆、花生壳、核桃壳为原料经700℃碳化150℃磺化后得到生物质炭磺酸,将得到的生物质炭磺酸进行离子液体的负载得到离子液体功能化的生物质炭磺酸催化剂,探讨了时间和温度对制备的催化剂水解纤维素后总还原糖产率的影响,与负载前的生物质炭磺酸进行了对比.结果表明,150℃反应28 h三种催化剂均得到良好的总还原糖产率,相对于生物质炭磺酸总还原糖产率分别提升了13. 9%、16. 4%和14. 7%.循环使用四次后,催化剂依然保持着良好的催化活性.     

化学键的高选择性拓扑指数及应用

基于分子和原子的高选择性拓扑指数, 提出了化学键的高选择性拓扑指数bATID. 分别采用300余万个化学键的虚拟数据集和实际数据集检验bATID的唯一性, 未发现简并, 即bATID具有较强的化学键区分能力. 进一步将bATID应用于有机化合物的化学键识别, 获得了较好结果. 如, 利用bATID可识别出富勒烯C₆₀的90个化学键为30个6∶6键和60个5∶6键. 研究还表明, bATID的化学键识别可应用于手性中心自动设定和自同构群穷举生成的顶点置换.     

外源微生物对PAHs污染土壤细菌群落结构的影响

研究了添加分枝杆菌(Mycobacterium sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)和混合菌(分枝杆菌和假单胞菌)对多环芳烃(PAHs)污染土壤中细菌群落结构的影响.采用DGGE研究土壤细菌群落结构及多样性的变化,通过测序鉴定细菌种类.研究结果表明:投加微生物能够改变土壤细菌群落结构的组成,促进或加强了有PAHs降解能力的菌株如假单胞菌、如微杆菌(Micrococcus sp.)的出现;投加微生物改变了土壤中的细菌多样性指数,分枝杆菌处理组的多样性指数变化稍大.研究结果为PAHs污染土壤的修复理论与技术进一步发展奠定理论基础,也为PAHs污染土壤修复中微生物的选择提供依据.