光催化耦合技术在废水处理中的最新进展（英文）

随着工业进步和人口增长,大量难降解的有机污染物被排放到水体中,环境污染成为一个日益严峻的全球性问题.大多数有机污染物具有致癌性、诱变性、细菌性和复杂多样性,难以通过传统的化学、生物和光解等处理方法有效去除,亟需探索环保有效的去除污染物技术.光催化技术可以直接利用太阳光进行污染物降解,对环境友好,然而,其实际应用受到太阳能利用率低、催化剂分离困难、催化剂稳定性低以及矿化率低等因素的限制.近年来,将光催化技术与其他技术耦合成为解决上述困难的新趋势.对光催化耦合技术的最新进展和工作机制进行系统地梳理和总结对进一步推动去除污染物技术的发展具有重要意义.本文系统总结了光催化耦合技术在废水处理中的最新研究进展.首先,简要介绍了光催化的机理和研究进展,总结了光催化技术在废水处理过程中存在的问题.然后,简要介绍了光催化耦合技术在解决上述问题过程中的研究进展和发展趋势.其后,通过重点介绍一些典型研究,详细地阐述了光催化技术与传统水处理技术(吸附法、膜分离法、生物降解法)、高级氧化技术(电催化法、臭氧化法、Fenton法、过硫酸盐法)和其他技术(热催化法、等离子体法、超声波法、压电催化法、磁场法)的耦合机...     

石墨相氮化碳(g-C_3N_4)与Bi系复合光催化材料的制备及在环境中的应用

半导体光催化技术可应用于环境中污染物的降解、转化和矿化以及太阳能的转换,是解决环境污染和能源短缺问题的一条有效途径。石墨相氮化碳(g-C_3N_4)与Bi系化合物复合材料因具有优异的光催化性能成为新型光催化材料的研究热点。本文论述了目前g-C_3N_4的主要制备方法,g-C_3N_4与Bi系复合材料的种类及其制备过程;同时围绕g-C_3N_4和Bi系复合催化材料在环境净化中的应用,包括对水体中污染物的降解及去除、光致细菌失活和光致水解产氢等,综述了国内外近年来的重要研究进展;以去除水环境中有机污染物为例,详细阐述了水体中有机污染物的光催化降解机理。最后,对g-C_3N_4与Bi系复合光催化材料的开发和应用前景进行了展望。     

废水生物处理过程中微生物胞外聚合物与污染物的分子间相互作用

生物处理是废水处理的主要技术手段,其中微生物在新陈代谢过程中会分泌一种复杂的高分子混合物——胞外聚合物(EPS),覆盖在微生物表面,它们是影响微生物表面特性的关键物质,在水体环境和废水处理系统中对污染物的迁移转化和去除起着至关重要的作用.研究结果表明,EPS能够利用其丰富的官能团吸附水体中的重金属和有机污染物,还可以通过氢键与氮、磷等营养元素发生相互作用.另外EPS具有一定的氧化还原特性,可以通过氧化还原反应改变污染物的存在形式.因此EPS在废水生物处理过程中具有重要的作用,可以影响重金属和有机污染物在废水生物处理过程中的去除和转化.发展高灵敏的分析方法,深入研究和理解EPS与不同污染物的分子间相互作用,对于阐明不同污染物在废水生物处理过程中的去除机制具有重要的指导意义.     

微生物燃料电池生物阴极

微生物燃料电池(microbial fuel cells, MFCs)利用微生物处理废水的同时产电,是一种清洁可再生能源技术。近年来新兴起的生物阴极是指阴极室中的功能微生物附着在电极表面形成生物膜,电子由电极传递给微生物并发生相应的生物电化学反应;是微生物燃料电池研究的一个重要方向。本文根据厌氧、好氧操作体系的不同将生物阴极进行分类;归纳总结了微生物组成、电极和分隔材料的研究进展,探讨了生物阴极在去除污染物和生成高附加值产品中的实际应用,并提出了其将来发展的可能方向。     

用于降解印染废水中有机污染物的光催化剂的研究进展

纺织工业印染废水的大量排放是造成水体污染物增多的主要因素之一,对人体健康和生态环境的良性循环造成严重威胁。目前,采用的物理吸附法、化学氧化法以及生物分解法等废水处理技术成本高昂、治污不彻底且容易产生二次污染,加快研发经济高效的处理技术对降低水资源消耗、保护环境意义重大。光催化降解法是催化剂受光辐照后在反应体系中产生活性自由基,自由基进一步与有机污染物反应,使其完全降解。由于该方法经济高效,不易造成二次污染,符合绿色环保的发展要求,已成为污染物降解的研究热点。本文主要综述了近10年光催化技术在降解有机污染物领域的具体方法与研究进展,指出无机半导体、金属有机框架和有机小分子材料作为光催化剂存在的弊端,而多孔共轭聚合物兼具优异的光催化降解和吸附性能,具有很好的发展前景。     

TiO_2光催化降解氯酚类有机污染物的反应机理

氯酚类有机污染物具有较高毒性、难生物降解和强生物累积性等特点,成为较受关注的一类优先控制污染物.我们总结了氯酚TiO2光催化降解机理研究方面的最新进展,阐述了直接光解、·OH氧化、1O2氧化、O(3P)氧化、O2·氧化、导带电子还原和表面络合物电子转移等氯酚光降解途径与机理.重点讨论了O2在氯酚吸附、光催化降解乃至矿化过程中的重要作用.     

基于尖晶石型铁氧体的高级氧化技术在有机废水处理中的应用

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,自然水体中的有机污染问题愈加严重。基于自由基反应的高级氧化技术(AOPs)可以高效去除水环境中残留的难生物降解的有机污染物,在催化剂的作用下,高级氧化过程方能有效生成强氧化性的自由基来降解有机污染物。尖晶石型铁氧体(MFe₂O₄(M=Zn, Ni, Co, Cu, Mn))被广泛用作高级氧化过程中驱动自由基生成的催化剂,同时强磁性及高稳定性保证其容易在外加磁场的作用下实现回收和再利用。本文主要综述了基于尖晶石型铁氧体的非均相类芬顿技术、光催化技术及过硫酸盐高级氧化技术在有机废水处理方面的研究进展,着重介绍了不同铁氧体磁性纳米材料在上述3种高级氧化技术中催化降解水体中有机污染物的作用机制以及催化性能增强的途径;最后指出尖晶石型铁氧体在高级氧化技术应用中存在的一些问题,并对其后续研究方向进行展望。     

TiO2纳米管阵列在环境领域的研究进展

TiO2纳米管阵列是一种新型的无机功能材料,具有化学惰性、气敏、介电效应、良好的生物兼容性、较强的光催化能力以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力,特别是具有很好的光催化活性,使其在太阳能的储存与利用、环境净化、催化剂、光催化降解环境污染物等方面有比较多的研究应用.TiO2纳米管阵列通过一定的修饰可以使其吸收光谱向可见光区迁移,同时它兼具成本低廉、环境友好等优点,是当前环境污染物削减与监控的重要研究方向之一.本文主要对近年来国内外TiO2纳米管阵列作为光催化剂降解环境污染物和作为功能材料在环境分析检测中的应用进行简要综述,为开发新型污染物监控与处理技术及拓展TiO2纳米管阵列的潜能提供重要参考.     

BiOX(X=Cl,Br, I)复合光催化材料降解水体中抗生素研究进展

抗生素大量使用致使其在水环境中普遍存在,对生态环境和人类健康造成一定威胁。卤氧化铋BiOX(X=Cl, Br, I)具有独特二维层状结构、适宜的禁带宽度等优点而被用作光催化剂来降解水中残留的抗生素。但单一BiOX(X=Cl, Br, I)存在可见光吸收能力偏弱、稳定性不佳等问题,往往需要对其进行复合改性(如金属负载、碳材料修饰及构建异质结)来提升去除水中抗生素的性能。本文主要介绍了用于水体中抗生素类污染物降解的BiOX(X=Cl, Br, I)复合光催化材料的设计合成、活性增强机制以及光催化反应机理。相比于金属负载及碳材料修饰,构建半导体异质结是常用且经济有效地增强BiOX(X=Cl, Br, I)光催化降解水中抗生素性能的方法。指出该领域以后的研究需要评估BiOX(X=Cl, Br, I)复合光催化材料降解水环境中不同类型抗生素的效果,同时还需揭示自然水体的背景成分(如溶解性有机质、无机离子等)对该类复合光催化剂去除水中抗生素活性和稳定性的影响。最后提出引入过氧化物来提升BiOX复合光催化体系矿化水中抗生素的效果以及构建磁性BiOX光催化材料来解决降解反应后的固-液分离问题。     

铋改性TiO2单晶光催化剂的制备及其完全去除酚类污染物

伴随着人类社会生产生活需要,工业污水中酚类物质的存在极易污染表面水、地下水甚至饮用水.然而,传统污水处理工艺无法对其实现完全去除,更因其稳定的化学结构和难降解特性,对生态系统和人类健康构成了巨大威胁.因此,寻求完全去除水体中酚类污染物是目前环境领域中重要的研究课题之一.二氧化钛因具有优越的物理、化学和光学性能,而被广泛应用于污染物降解研究,然而,传统TiO2光催化剂由于可见光吸收弱和光生电荷高复合率,导致污染物降解效率低,尤其是针对难降解有机污染物如酚类难以实现高效的去除.为此,本文通过引入铋纳米粒子作为TiO2单晶的改性剂,通过充分发挥铋纳米粒子的LSPR效应和TiO2单晶结构的高传导率,不仅有效地拓宽了TiO2的光响应范围(~2.8 eV),而且提高了光生电荷的分离效率,导致其优越的光催化行为.酚类污染物的降解实验表明,所合成的Bi-SCTiO2光催化剂在模拟太阳光照射下,能完全去除水体中的苯酚和对硝基酚,克服了现有以TiO2为基础的光催化剂无法实现酚类污染物完全去除的缺点.更重要的是,当使用环境水如自来水或矿泉水配制苯酚溶液,所制备的Bi-SCTiO2光催化剂仍能实现苯酚的高效降解(>98%);即使采用含有大量有机物质和微生物的长江水所配制的苯酚溶液,在模拟太阳光照射下,Bi-SCTiO2光催化剂对苯酚的降解率仍然高达96%.进一步研究发现,在各种无机离子如Na^+,K^+,Ca^2+,Cl^?,HCO3^?或SO4^2?(0.1 mM)的干扰下,制备的Bi-SCTiO2对苯酚降解率仍然高达98%以上.光催化循环实验表明,所制备的Bi-SCTiO2循环四次后,其对苯酚的降解率几乎保持不变,说明Bi-SCTiO2具有极好的循环稳定性.运用ESR和MS等分析手段,确定了酚类污染物降解的中间体结构、形态和降解路径,再结合Bi-SCTiO2催化剂的光电性能和自由基诱捕实验,提出了酚类污染物完全降解的机理.     

零价铁耦合厌氧微生物法在废水处理中的应用

零价铁(ZVI)与厌氧微生物的耦合是一项很有前景的技术,在难降解有机废水的去除中得到了广泛关注.该耦合技术将ZVI技术的高效性与厌氧生物技术的经济性有效融合,在多元微电场和厌氧微生物协同作用下,有效降低难降解有机物的生物抑制性和毒性.本文综述了此技术处理工业废水的潜在机理、实际应用中主要操作参数及影响条件以及处理含氯化...     

应用于药物控释系统中的生物降解高分子材料

生物降解高分子材料具有良好的生物相容性和生物降解性而成为人们关注的药物控释材料。本文简要介绍了生物降解高分子材料的降解机理，综述了生物降解高分子材料的发展现状，展望了今后的发展方向。     

GO负载Bi2WO6二元复合光催化材料的制备及其表征研究

本实验通过水热法合成不同比例的氧化石墨烯(GO)/Bi₂WO₆新型二元复合光催化材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜等技术来研究样品的结构和形貌.在可见光下,4%GO/Bi₂WO₆复合材料光催化降解效率最好,达到了72%.本实验以石墨烯为碳源,制备出二元复合材料,将其引入光催化体系,提升半导体光催化材料对目标物的富集能力,为复合光催化材料的制备提供了新思路.以期获得高可见光催化活性的GO/Bi₂WO₆二元复合材料并将其应用于更多领域,同时对环境中的污染物也实现了高效、稳定的去除,为研究水体环境污染的治理奠定了一定的理论与实践基础.     

可用于环境修复的半导体光催化剂及其改性策略研究进展

多相光催化技术作为一种直接利用太阳光降解多种污染物的先进氧化工艺在环境修复领域的研究中引起了广泛关注.在多相光催化过程中,半导体材料在太阳光的激发下,其强大的氧化/还原能力可快速高效降解各种污染物.研究者通常根据环境中污染物的状态和种类选择合适的半导体材料及修饰策略,构建高效多相光催化体系,探究光催化材料在环境修复中的...     

Keggin型铁取代杂多阴离子PW_(11)O_(39)Fe(Ⅲ)(H_2O)~(4-)光催化降解硝基苯

以Keggin型铁取代杂多阴离子PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-[PW11Fe(Ⅲ)(H2O)]代替传统光芬顿方法中的Fe3+作为光催化剂,构成一个新颖的光催化体系并用于水体生物难降解有机污染物硝基苯(NB)的降解.详细研究了在紫外光照射和H2O2存在下,PW11Fe(Ⅲ)(H2O)对NB降解的均相光催化作用.考察了NB初始浓度、溶液pH、H2O2和PW11Fe(Ⅲ)(H2O)浓度对光催化降解反应速率的影响.实验结果表明,1.0mmol·L-1PW11Fe(Ⅲ)(H2O)+5.0mmol·L-1H2O2+1.0mmol·L-1NB的中性溶液在300W汞灯照射下反应120min,NB的降解率达93%,总有机碳(TOC)去除约31%,显示了该新颖体系对NB光催化降解的高效性和优越性.     

新颖的PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-/H2O2类光-Fenton体系光催化降解苯胺

将Keggin型铁取代杂多阴离子PW11O39Fe(Ⅲ)(H2O)4-[PW11Fe(Ⅲ)(H2O)]构成的类光-芬顿体系用于水体生物难降解有机污染物苯胺(ArNH2)的降解。 研究了在紫外光照射和H2O2存在下,PW11Fe(Ⅲ)(H2O)对ArNH2降解的均相光催化作用。 考察了ArNH2、H2O2和PW11Fe(Ⅲ)(H2O)浓度对光催化降解反应速率的影响。 实验结果表明,0.1 mmol/L PW11Fe(Ⅲ)(H2O)+0.2 mmol/L H2O2+0.1 mmol/L ArNH2的中性溶液在300 W汞灯照射下反应60 min,ArNH2的降解率达100%,总有机碳(TOC)去除约52%。 同时讨论了PW11Fe(Ⅲ)(H2O)光催化H2O2产生羟基自由基的分子机制,并比较了酸性和中性条件下苯胺的光催化降解效果。     

Bi_4V_2O_(11)/石墨烯异质结光催化剂的制备及其在降解抗体污染物中应用（英文）

发展和设计高效、廉价和稳定的光催化剂用于抗生素污染物降解仍然存在巨大的挑战。本文通过一种便捷的水热方法制备了Bi_4V_2O_(11)/石墨烯复合材料并用于可见光下抗生素污染物光催化降解。通过自由基追踪实验,确认了光催化降解过程中活性物质为h+和·OH基团。根据实验结果,提出了相应的反应机理。石墨烯的引入可以有效地促进光生电子-空穴对的分离,从而增强光催化活性。该复合催化剂展现出良好的活性和稳定性。该方法以石墨烯为载体制备了光催化降解材料,为高性能光催化剂的制备提供了参考。     

多酸@金属-有机骨架材料的制备及其在废水处理中的应用

废水中的污染物由于其成分复杂、生物毒性大和难降解等特点,危害人体健康,因此,寻找开发一些能有效去除废水中的剧毒和难降解污染物的吸附剂成为亟待解决的问题.金属-有机骨架材料(MOFs)由于结构有序且多样、拓扑结构丰富、孔隙度超高、比表面积大、骨架结构稳定和易于掺杂其他组分等特点,使其在吸附领域得到了广泛的关注.多金属氧酸...     

TiO2光催化反应及其在废水处理中的应用*

TiO₂ 多相光催化能利用太阳能有效降解多种对环境有害的污染物, 使有害物质矿化为CO₂、H₂O 及其它无机小分子物质。本文综述了TiO₂光催化的机理, 提高光催化能力的途径, 多种具有代表性污染物的光催化降解处理方法,以及目前尚存在的一些问题,扼要介绍了近年来TiO₂光催化反应及其在废水处理中应用的研究进展及应用前景。     

大孔载体固定化微生物处理污水研究

通过载体结合法将高效微生物菌群B500或活性污泥固定于不同材质的大孔载体之上,得到固定化微生物.所得固定化微生物置于曝气水槽中,依所用载体密度的不同而形成流化床及固定床型固定化微生物污水处理技术.用所得工艺进行了生活及化工污水的生物处理研究,探讨了不同载体、床型的污水处理能力及其影响因素,考察了相应的CODCr、NH4 -N去除动力学特征.应用克氏定氮法考察了所得大孔载体的微生物负载量,并借助SEM观察了固定化微生物前后载体的表面形态.结果表明,固定化微生物流化床适合于高浓度污水的处理,固定化微生物固定床则在高效去除污水中污染物的同时亦有利于悬浮物的去除,且两种固定化微生物床型处理实际污水时的耐冲击性能良好,出水CODCr、NH4 -N均达到国家污水综合排放一级标准,具有一定的应用前景.