光电化学氮还原:一种可持续的氨合成方法（英文）

氨是一种重要的化工产品和非碳基能源载体,全球年产量已达2亿吨.目前,氨的工业化生产主要依赖Haber-Bosch工艺,其能耗高且污染严重.因此亟需开发一种低碳环保的替代工艺以实现氨合成工业的可持续发展.现阶段主要有三种比较有发展潜力的新型氨合成工艺,即电催化、光催化和光电化学氮还原产氨技术.这些氮还原技术都可在温和环境条件下合成氨,具有能耗低、零排放等优势,被认为是替代Haber-Bosch工艺的有效途径,受到广泛关注.其中,与前两者相比,光电化学氮还原具有明显优势:与电催化氮还原相比,光电化学氮还原能够实现从太阳能到化学能的直接转化,具有较高的能量转化效率;而与光催化氮还原相比,光电化学氮还原系统中的外加偏压能够加速激子分离,有效提高太阳能到化学能的转化效率.在光电化学氮还原过程中,其核心组件光电阴极材料的性能决定了反应的氨产量、选择性和稳定性.本文总结了近年来光电化学氮还原领域的最新进展,特别是其中涉及的光阴极材料.首先,详细介绍了光电化学氮还原所涉及的基本原理和面临的主要瓶颈.其次,逐一总结了已报道的用于光电化学氮还原的光电阴极材料,包括氧化物(氧化铜、氧化亚铜、碘氧化铋、溴化氧...     

泡沫铜电极电还原去除溴酸盐研究

电化学还原去除水中溴酸盐的研究表明,与石墨、碳纸及泡沫镍电极相比,泡沫铜电极对溴酸盐的去除效率较高.溴酸盐电化学还原速率随阴极电势降低先升高后降低.低pH条件下,溴酸盐电还原速率较高.初始溴酸盐浓度在50~350μg/L范围内,当阴极电势高于-1.5 V时,溴酸盐电还原过程受电子转移和溴酸盐扩散共同控制;当阴极电势小于-1.5 V时,溴酸盐的还原过程控速步骤主要是浓度扩散.溶解性有机物对溴酸盐电还原过程有明显的抑制作用.该电化学体系中,溴酸盐几乎彻底被还原为等量溴离子,溶液pH略有上升.自来水中溴酸盐的还原速率略低于去离子水.通过XPS分析了电化学还原反应前后泡沫铜电极上的Cu和O价态变化.     

五种常见重金属的电化学检测研究进展

电化学检测是重金属快速检测的热门研究方向,在重金属离子的检测领域具有良好的应用前景。阐述了电化学分析法及其传感器在重金属检测中的优势,重点介绍了Cd,Cr,Hg,Pb,As 5种金属的电化学研究进展,根据电极修饰的研究方向进行归纳总结,并对电化学检测技术在重金属检测中存在的问题和应用进行了总结与展望。     

电驱动下的环境污染物厌氧生物转化—电子转移原理和应用实例

厌氧环境下一些微生物能够接受来自于电极的电子并将电子传递至环境污染物,这使得电驱动下生物还原技术在可持续性废水处理以及生物修复方面受到越来越多关注.此体系中,阴极电子传递被认为是影响环境污染物厌氧转化可行性和效率的制约因素.文中首先评述可能的电子传递原理,包括水解氢气介导的间接电子传递、人工合成电子穿梭体或者细菌分泌电子穿梭体介导的间接电子传递、以及电极与细菌之间的直接电子传递等途径.相比间接电子传递,直接电子传递避免了将电子传递给没有起作用的介体及没有和电极接触的浮游微生物,因而更加节能.另外,列举了自养反硝化、生物还原脱氯、重金属生物还原、CO2生物还原以及硫酸盐生物还原等应用实例.最后,提出了此领域研究发展亟需解决的两个重要问题,包括阴极生物膜的培养以及电子从电极转至微生物内在机理的解析.     

导电聚苯胺／MnO2空气阴极氧还原动力学

采用动电位扫描、交流阻抗技术研究了导电聚苯胺/MnO2复合阴极上氧还原反应动力学.动电位扫描表明氧在该复合阴极上还原的极化曲线服从Butler-Volmer公式,表观标准活化能为184.9 kJ/mol,反应为电化学步骤控制;交流阻抗谱观察到氧阴极还原由3个明显的线圈组成,表明氧阴极还原分3步进行,第1个圆弧随过电位的增大而显著减小,表明第1步电荷转移过程的确为氧还原反应的速率控制步骤;导电聚苯胺的高比表面积与MnO2的多微毛细管结构使氧在该复合电极上还原变得容易.     

SbO+离子的阴极还原

三价锑常用作锌粉置换法除去硫酸锌电解液中钻杂质的活化剂。在此过程中三价锑本身也被还原。置换反应本质上是一个电化学过程。因此,研究三价锑的阴极还原行为是有意义的。关于三价锑的阴极还原,Koval等研究了酒石酸盐溶液中Sb(Ⅲ)的电沉积。Tomlinson曾指出,在高电流密度下电解时,阴极上会析出锑化氢(SbH_3)。吴浩青等在研究酸性溶液中锑电极的电化学行为时,也曾指出了SbH_3的生成。本文采用旋转电极上的动电位扫描、旋转环盘电极以及交流阻抗技术研究硫酸钠溶液中SbO~+离子的阴极还原过程。     

中温固体氧化物燃料电池Sc掺杂锰酸锶镧阴极材料

采用改进的柠檬酸法合成了Sc掺杂的锰酸锶镧(LSM)材料(LSMS), 即La0.8Sr0.2Mn1-xScxO3±δ (简写为LSMSx, x=0, 0.02, 0.05和0.1)复合氧化物. 采用X射线衍射(XRD)、程序升温还原(H2-TPR)及电化学方法分别对合成材料的结构、还原行为及以LSMSx-YSZ(即LSMSx与8%Y2O3掺杂的ZrO2复合物)为阴极的中温固体氧化物燃料电池的性能进行了表征. XRD结果表明,在焙烧温度900 ℃、 Sc掺杂量较低(x<0.1)时LSMS材料能形成纯钙钛矿结构,随着掺杂量和焙烧温度提高, LSMS发生了不同程度的Sc2O3偏析现象. H2-TPR结果表明,焙烧温度对材料还原峰的形状和温度影响较大. 由于Sc的掺杂以及Sc2O3的析出在样品结构中引入了结构缺陷,提高了LSMS中Mn4+和氧空位的浓度,加快了体相氧的迁移,改善了材料的还原性. 但是随着Sc含量和焙烧温度提高, Sc掺杂对样品的还原活性改善不明显,这是由于Sc2O3偏析量增加引起的. 电化学方法表征结果表明, LSMSx-YSZ复合阴极电池性能受Sc掺杂量、操作温度及阴极焙烧温度的影响. 在本研究的掺杂范围内, Sc的掺杂显著提高了LSM基阴极低温操作的性能. 这主要是由于Sc掺杂LSMS-YSZ复合阴极中氧空位的数目增加,导致阴极对氧还原反应的电化学活性提高,改善了LSM基阴极由于氧空位不足引起低温下极化损失严重的问题.     

MnO2电极的循环伏安光电化学测量

用循环伏安法的光电化学现场测量研究了γ-MnO_2在充放电过程中的电化学和光电化学性质, γ-MnO_2本身的光电流为正值, 在阴极还原过程中光电流不断减小, 由正值变为负值。说明γ-MnO_2是n型半导体, 阴极还原过程相当于对γ-MnO_2进行了p型掺杂。     

活性氯在316L不锈钢电极表面的阴极行为研究

利用电化学方法研究了活性氯在3.5%NaCl溶液中316L不锈钢电极表面的阴极还原反应及其反应机制.实验表明,随着溶液中活性氯浓度的增加,316L不锈钢的自腐蚀电位正移,阴极反应的极限扩散电流明显增大,说明活性氯对316L不锈钢电极表面的两个阴极反应,即HClO还原和ClO-还原具有明显的促进作用.本文的研究确定了产生这两个还原反应的电位范围,并进一步探索了该还原反应速度的控制步骤.     

羰基化合物电化学烯丙基化电极过程的研究

在甲醇中,通过电还原循环二烯丙基锡试剂,使2-降冰片烷基甲醛和癸醛电化学烯丙基化,得到相应醇的产率分别为81％和86％。用电化学测试技术,确定了二溴烯丙基甲氧基锡的还原电势、还原过程的不可逆性以及扩散系数、阴极传递系数和交换电流密度等电化学参数。根据实验事实,提出了可能的反应机理。     

土壤重金属污染评价指标的研究进展

土壤重金属污染评价指标主要有：土壤重金属总含量，有效含量，土壤酶活性以及植物中毒临界含量等。由于受重金属污染的土壤中往往伴有多种重金属元素以及元素之间的交互作用，使得临界值的确定更为复杂，目前评价土壤重金属复合污染的方法主要是综合指数法。     

细菌介导重金属转化过程及金属组学研究方法

重金属污染依然是我国严重的环境问题之一。在重金属胁迫下,微生物可通过复杂的过程,对重金属进行转化,降低重金属的毒性,其中转化涉及的分子机制广受关注。目前,在上述机制相关研究中,对转化过程中重金属的衡量多局限于总量的测定,而对其赋存形态的研究不足,导致难以取得有效进展。对细菌介导重金属的转化过程及金属在其中的赋存形态进行综述,探讨了金属组学研究方法在其中的应用,重点针对重金属的颗粒态与蛋白质结合态进行分析、表征和鉴定,为微生物介导重金属的转化研究提供新视角。     

Remediation of metalliferous soils through the heavy metal resistant plant growth promoting bacteria: Paradigms and prospects

Various industrial, agricultural and military operations have released huge amounts of toxic heavy metals into the environment with deleterious effects on soils, water and air. Under metal stress, soil microorganisms including plant growth promoting bacteria (PGPB) have developed many strategies to evade the toxicity generated by the various heavy metals. Such metal resistant PGPB, when used as bioinoculant or biofertilizers, significantly improved the growth of plants in heavy metal contaminated/stressed soils. Application of bacteria possessing metal detoxifying traits along with plant-beneficial properties is a cost effective and environmental friendly metal bioremediation approach. This review highlights the different mechanisms of metal resistance and plant growth promotion of metal resistant PGPB as well as the recent development in exploitation of these bacteria in bioremediation of heavy metals in different agroecosystems.     

西南山地煤矿区耕地土壤-农作物重金属富集及健康风险评价

为了解西南某典型山地煤矿区周边农田土壤、农作物重金属的富集情况及对当地人群健康的影响程度,采集矿区周边农田土壤样品和对应的农作物样品,测定重金属Cr、Mn、Zn、As、Pb的含量。运用Nemero指数法、潜在风险指数法对土壤重金属的污染程度进行评价;采用靶标危害系数法(THQ)评价农作物重金属对人体的健康风险。结果显示,Cr、Mn、Zn、As、Pb分别是背景值的1.81、1.90、2.89、1.30、0.86倍,处于轻度污染级别,轻微危害程度。农作物重金属Cr、Pb和As含量的超标情况较严重,Zn的含量超标相对较小。各农作物富集的重金属对人体的健康风险大小为：高粱>玉米>白菜>葱>辣椒。农作物重金属对儿童健康的危害均达到了慢性中毒;对成人健康的影响,高粱处于慢性中毒,其它农作物重金属处于产生较大影响的危害程度。农作物重金属与土壤重金属的相关性分析表明,农作物重金属的含量与土壤重金属全量并无线性关系;各重金属在农作物中的转移能力不同;Pb,As在农作物中的转移能力较大,而Cr相对较小。鉴于矿区重金属的富集情况,应尽快采取修复治理措施,为保证当地人群健康,建议当地居民不再食用和种植富集重金属严重的高粱、玉米农作物。     

重金属有效态与土壤环境质量标准制订

制订合适的土壤环境质量标准是评价土壤健康质量及食品安全的核心问题,而土壤重金属有效态对制定土壤环境质量标准具有重要意义。土壤重金属有效态主要指植物有效态,它与重金属形态关系密切。影响土壤重金属有效态的因素很多,主要包括:土壤pH值、氧化还原电位、CEC、有机质含量、粒径组成(黏粒含量)、铁铝锰氧化物含量、植物种类、土壤微生物、土壤温度的高低、重金属来源等。化学试剂浸提法是测量重金属生物有效性的常用方法,所用化学试剂主要有三类:弱(稀)酸、络合剂和中性盐,中性盐由于对土壤pH值影响小而受到重视。我国现行土壤质量标准采用土壤重金属总量和pH两个因素为依据,但是不少学者认为,该标准仅适用于重金属有效态较高的土壤,而不能反映重金属有效态含量较低土壤的实际状况。     

Competitive sorption and desorption of heavy metals in mine soils: influence of mine soil characteristics

Many mine soils are chemically, physically, and biologically unstable and deficient. They are sometimes amended with sewage sludge and ashes but often contain heavy metals that increase the already high mine soils' heavy metal contents. Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn in mutual competition were added to five mine soils (Galicia, Spain). Soil capacities for heavy metal sorption and retention were determined by means of distribution coefficients and selectivity sequences among metals. Influence of soil characteristics on sorption and retention was also examined. Retention selectivity sequences indicate that, in most of the soils, Pb is the preferred retained metal, followed by Cr. The last metals in these sequences are Ni, Cd, and Zn. Soil organic matter content plays a fundamental role in control of Pb sorption. Gibbsite, goethite, and mica influence Cr retention. Soil organic matter, oxides, and chlorite contents are correlated with K(d sigma sp medium). Heavy metals are weakly adsorbed by soils and then desorbed in high amounts. To recover these soils it is necessary to avoid the use of residues or ashes that contain heavy metals due to their low heavy metal retention capacity.     

用植物叶片中重金属元素含量指示大气污染的研究

通过对潮州市区交通繁忙路段和对照区 (红山森林公园 )不同植物叶片重金属元素 (Pb、Cd、Cu、Zn)的含量研究 ,探讨了重金属含量与城市大气污染之间的关系。结果表明 ,植物叶片中的重金属元素富积量和大气中污染指数正相关。植物叶片的重金属元素富积量可较好和客观地指示市区大气的重金属污染状况。该研究为城市规划和环境保护提供了科学依据     

Investigation of Adsorption Rates of Pb, Cd, Cu, Co and Ni to Fresh-water Surface Coatings Developed in Nanhu Lake

IntroductionSurfacecoatingsaccountforawiderangeofmi crobialorganismsontheearth[1] ,formonthevarioussurfacesundervariedconditions ,andcoverthesur facesofallthematerialsinrivers,lakes ,andwet lands ,suchasrocksandsediments[2 ] .Theyplayadominantroleindeterminingthetransportandulti matefateofcontaminantsinnaturalaquaticenviron ment,whichisduetoinpartthatcontaminantsmustreachandcrosssurfacecoatingsbeforetheycontactthesubstrates[3] .Ithasbeenprovedthatamongthemaincomponentsinsurfacecoatings,mangane…     

Heavy metal removal with magnetic coffee grain

The presence of heavy metals in environmental waters having an important place in the industrial waste is a major threat to viability. Heavy metals are transported to humans through the ecological cycle, damaging many tissues and organs. In recent years, agricultural and food waste can be used to remove heavy metals. At the present study, magnetically modified coffee grains which are alternative to conventional particle systems were prepared and heavy metal removal performances were investigated. The coffee grains used were magnetically modified by contact with water-based magnetic fluid. Magnetically modified coffee grains were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Brunauer–Emmett–Teller (BET) surface area analysis and electron spin resonance (ESR). Adsorption studies are made with four different heavy metal ions, namely Cu(II), Pb(II), Cd(II) and Zn(II). Adsorption isotherms were determined and heavy metal removal performance of magnetic coffee grains were investigated from synthetic waste water.     

Recent applications of atomic spectroscopy coupled with magnetic solid-phase extraction techniques for heavy metal determination in environmental samples: A review

Atomic spectroscopy is the most popular approach to determine the presence of heavy metals in the environment. Heavy metals are potentially toxic and have various negative effects on many living organisms, including humans. With the rapid increase in the variety of industries and human activities, large amounts of heavy metals are released into the atmosphere, water, and soil. Heavy metal analysis of environmental samples is very important for determining the exposure limits. Environmental samples are highly complex matrices, and various sample preparation techniques have been developed for the extraction of heavy metals from them, including magnetic solid-phase extraction (MSPE). The use of MSPE in heavy metal analysis has recently gained significant attention owing to a number of advantages. MSPE technique overcomes main issues such as phase separation, handling, and column packing. The use of magnetic adsorbents in sample preparation has grown over the past few years, making MSPE a promising technique for sample preparation. The objective of this review article is to provide the latest applications of MSPE coupled with atomic spectroscopy for heavy metal determination in environmental samples. In addition, new magnetic adsorbents and their analytical merits are emphasized.