基于红外光谱聚类分析的纳滤膜污染动态发展行为研究

污水再生利用是解决水资源短缺问题的有效对策。纳滤技术由于能够生产高质量的再生水，成为污水深度处理、再生利用的有效方法之一。然而，在纳滤过程中存在复杂的、动态的膜污染现象，会导致产水通量、产水质量下降等问题。研究膜污染动态发展的行为，对于膜污染的分阶段针对性控制具有重要意义。有机物是污染层动态发展过程的重要指示性成分，红外光谱是表征污染层发展过程中表面有机物官能团变化情况的重要手段。但由于红外光谱中峰的数量多，系列样品之间峰强度的差别较小（尤其是当膜污染过程中的采样间隔较小时），利用直观观察不易甄别不同样品间的谱图差异及其变化趋势，在此水平上难以对膜污染阶段进行准确识别、对各阶段特征进行有说服力的分类概括。为探索膜污染的动态发展过程，本研究将傅里叶变换红外光谱与统计学聚类分析相结合，对膜污染过程中不同时间点的膜样本进行红外光谱分析，再对红外光谱数据进行一系列预处理和系统聚类分析，从而客观解读膜污染动态发展过程中系列样品红外光谱分阶段变化规律。考虑到类别间距离度量方法、红外吸收峰强度标准化、峰之间自相关性、峰与样本之间交互作用等因素的影响，研究采用对应分析对红外数据进行预处理，提取各样本在主要维度上的得分，随后基于标准化欧式距离对各样本进行聚类。在为期一个月的城市污水深度处理纳滤试验过程中，由于污染物在膜表面累积，纳滤膜发生了较为严重的污染。通过对13个不同时间点的膜样本进行红外光谱聚类发现，膜污染可清晰划分为如下阶段：空白膜、阶段Ⅰ（3 h～8 d）、阶段Ⅱ（10～15 d）和阶段Ⅲ（20～30 d）。采用红外聚类，得到膜表面X射线光电子能谱（XPS）和三磷酸腺苷（ATP）含量分析等方法的交互验证。结果表明，随着膜污染的发展，膜表面有机物成分与共存微生物量发生协同变化，各阶段大致特征为：阶段Ⅰ各类有机污染物初步覆盖，微生物开始富集；阶段Ⅱ多糖类污染物比例上升，微生物的富集趋于稳定；阶段Ⅲ整体污染趋于成熟，有机污染物氢键特征更加明显。该研究通过对红外数据进行聚类分析，能够灵敏地探测各红外图谱之间的差别，有助于对红外光谱规律的深度挖掘，为膜污染阶段的识别和划分提供了一种客观、自动、可量化的辅助性方法，并且有助于归纳出不同阶段的污染层特征，可作为膜污染时序特征的侦查手段。此外，除了膜污染的研究，在材料、吸附等领域，只要有一系列变化的红外光谱，均可尝试采用红外光谱聚类分析方法，获取基于红外特征的定类信息或分阶段规律。     

不同临界保留因子下天然有机物亲疏水组分光谱特性

吸附树脂层析法是表征环境水样有机物亲疏水组分分布的常用方法。作为柱层析的基本参数，临界保留因子对亲疏水物质的吸附及分离效果具有潜在影响。以河北某水库的水样为例，将有机物分为亲水物(HIS)、疏水酸(HOB)、疏水碱(HOA)和疏水中性物(HON)，考察了在不同临界保留因子分离条件下(k′_cr=5, 10, 25, 50, 100)亲疏水组分有机物含量分布，并着重考察了其光谱学特性。研究发现，亲疏水组分的浓度分布取决于k′_cr值的设置，疏水组分的比例和疏水程度随k′_cr的增大而增大。在250~280 nm波长范围内，亲水组分HIS的紫外吸光度随k′_cr的增高而增高，而疏水组分HOA和HOB则呈现相反趋势，亲水与疏水组分之间的紫外光谱差异性随k′_cr增大而增大。此外，疏水组分单位质量浓度的吸光度对k′_cr的取值敏感，推测k′_cr可能影响所得组分的芳香族官能团性质。进一步考察了各组分的三维荧光光谱，并采用荧光区域积分和荧光指数对图谱进行解析。结果表明，亲疏水组分的荧光峰形态、荧光区域分布和荧光团密度与k′_cr值有关，荧光指数BIX，HIX_em和Peak T/C对k′_cr的取值敏感，说明k′_cr可能对所得组分的具体化学组成乃至迁移转化行为产生影响。因此在分离并表征环境水样的亲疏水组分分布时，应特别注意临界保留因子的设置并明确标明其取值。     

生物除磷污泥胞外多聚物含磷形态的核磁共振分析

利用31P-NMR研究了生物除磷污泥胞外多聚物(EPS)的含磷形态,并对检测方法中的影响因素进行了分析.研究发现,测定的三种污泥EPS中磷的形态有五种,磷酸盐、磷单脂、DNA磷、聚磷末端、焦磷酸盐和聚磷.具有除磷能力的A/A/O和A/A/O-MBR污泥其EPS中主要含的是聚磷,证明了EPS中含磷不仅是依靠吸附磷酸盐或生物聚磷过程磷酸盐的滞留,而且EPS本身可能也参与了生物聚磷过程.同时实验证明,EPS提取过程会对EPS含磷形态产生影响,但提取时间在1h内时影响较小;EPS在储存前需要进行中和,从而避免储存过程不同磷形态之间的转化.EPS含磷形态的31P-NMR测定过程中,EPS样品的pH 值对峰的分离和各峰化学位移的稳定性有较大影响,需要控制样品pH＞13.0以确保测定过程的准确性.     

合成气制混合醇双功能催化研究进展

混合醇合成要求催化剂具备至少两类活性中心, 一类用于解离吸附CO以生成烷基链, 另一类用于非解离吸附CO以使烷基链含氧化生成醇. 两类中心通过协同作用共同构成混合醇合成所需的双活性中心. 简要综述了近年来合成气制混合醇过程中涉及的双功能催化研究进展, 并以几类典型的催化剂体系为例, 从双活性中心的构筑、典型的双活性中心结构、反应过程中双活中心结构的演变等方面进行了阐述. 混合醇催化剂的研发应从纳米尺度上对催化剂进行设计, 使催化剂表面具有足够多的双活性中心, 并设法稳定催化剂的双活性中心结构.     

中国城市住宅室内甲醛浓度及影响因素

本文汇集整理了文献报道的中国城市装修住宅室内甲醛浓度的数据,数据分布于2003—2018年之间,涵盖31省62市,总10394套装修房屋和27384个房间。文中从全国分布状况、逐年变化趋势、室内温湿度影响、季节变化规律、房间类型区别和装修后晾置时间几个不同方面分析了室内甲醛污染现状和影响室内甲醛浓度的主要因素。结果显示,全国室内甲醛污染十分严重,浓度显著高于国标GB/T 18883-2002规定的标准,且超标率大都在50%以上。虽然自国标GB/T 18883-2002颁布以后,室内甲醛浓度在2003—2009年间逐年下降,但2013年之后又呈现上升趋势,需要引起警惕。整体而言,室内温度越高、装修量越大、装修材料越易释放甲醛、装修后晾置时间越短、房间通风越少,甲醛浓度越高。南方和北方室内甲醛浓度季节变化规律不同,但无论南方还是北方,室温越高、通风换气越少的季节,甲醛浓度越高。     

水滑石层间阴离子为还原剂原位负载贵金属纳米颗粒

研究了以水滑石为载体原位负载贵金属纳米颗粒(Pd、Ag、Ru、Au)的方法,通过共沉淀合成甲酸根水滑石,以层间甲酸根为还原剂原位还原贵金属前驱体制得高分散水滑石(LDH)负载纳米颗粒。本方法无需载体预处理,操作方便、适用性强,阴离子前驱体(Au)和阳离子前驱体(Pd、Ag、Ru)均可顺利得到纳米颗粒。所得水滑石负载纳米颗粒系一种潜在的纳米催化剂,作为示例,Pd/LDH在Suzuki偶联反应中显示出较高催化活性。     

样品晶粒尺寸及高度偏差对XRD的影响

样品晶粒尺寸及样品高度偏差对XRD测试结果存在极大影响。实验结果表明,晶粒尺寸过大会导致异于标准卡片的衍射峰出现,且衍射谱图不具有重现性;样品高度偏差则会导致衍射峰位移动,正高度偏差使衍射峰向高角度方向移动,负高度偏差使衍射峰向低角度方向移动,峰位移动量与高度偏差呈正比:△2θ=360cosθ/πR△h。样品晶粒和高度偏差过大以致结果异常的情况应视为制样错误,测试过程中应予重视。     

铪基纳米金属有机骨架材料制备及X射线增强化学动力协同治疗应用

以铪簇作为金属有机骨架的连接点、刚性双羧基配体2,2’-联吡啶-5,5’-二羧酸作为连接器、乙酸或三氟乙酸和水作为结构调节剂,通过溶剂热法合成得到八面体结构(Hf-MOFs-1)和片状结构(Hf-MOFs-2)的铪基纳米金属有机骨架(Hf-nMOFs),再经Fe3+修饰得到多功能金属有机骨架材料(Hf-Fe-MOFs-1和Hf-Fe-MOFs-2)。模拟肿瘤微环境体系中羟基自由基检测结果表明,X射线照射能显著促进Hf-Fe-MOFs-1和Hf-Fe-MOFs-2材料产生羟基自由基,且片状Hf-Fe-MOFs-2羟基自由基产生能力高于八面体Hf-Fe-MOFs-1。进一步地,在细胞层面证实了材料能够成功被细胞摄入并实现低剂量X射线促进的化学动力学协同治疗。     

铪基纳米金属有机骨架材料制备及X射线增强化学动力协同治疗应用

以铪簇作为金属有机骨架的连接点、刚性双羧基配体2，2''-联吡啶-5，5''-二羧酸作为连接器、乙酸或三氟乙酸和水作为结构调节剂，通过溶剂热法合成得到八面体结构(Hf-MOFs-1)和片状结构(Hf-MOFs-2)的铪基纳米金属有机骨架(Hf-nMOFs)，再经Fe³⁺修饰得到多功能金属有机骨架材料(Hf-Fe-MOFs-1和Hf-Fe-MOFs-2)。模拟肿瘤微环境体系中羟基自由基检测结果表明，X射线照射能显著促进Hf-Fe-MOFs-1和Hf-Fe-MOFs-2材料产生羟基自由基，且片状Hf-Fe-MOFs-2羟基自由基产生能力高于八面体Hf-Fe-MOFs-1。进一步地，在细胞层面证实了材料能够成功被细胞摄入并实现低剂量X射线促进的化学动力学协同治疗。     

透射电子显微镜原位观察Cu/ZnO甲醇催化剂前驱体的分解过程

本文通过透射电子显微镜原位研究了甲醇催化剂前驱体锌孔雀石的分解过程。HRTEM、电子衍射及STEM面扫元素分析结果显示锌孔雀石分解过程可大致分为四个阶段。分解首先同时引发于锌孔雀石晶体内部的随机区域和晶体外表面,导致局域结构塌陷形成内部孔洞和非晶表面扩散层;随后孔洞逐渐增多增大,表面扩散层进一步增厚,同时CuO在孔洞区域和表面扩散层区域逐步结晶形成小晶粒;最后锌孔雀石结构完全分解,形成相互交织的CuO和ZnO,其中CuO小晶粒被非晶态ZnO相互隔离;此后进一步加热,ZnO方逐步结晶得到相互交织的CuO晶粒和ZnO晶粒,即焙烧后催化剂的结构。本研究通过TEM直观观察了整个分解过程的结构变化,增进了对甲醇催化剂前驱体焙烧过程的理解,也将有助于优化催化剂焙烧条件。