在不同溶剂体系中PC脂肪酶对PBS基共聚物的催化降解和分子模拟

采用酶促降解实验、分子对接模拟和分子动力学模拟相结合的方法,分别研究了在氯仿和水溶剂体系中洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacialipase PC)对含六元环结构的1,4-环己烷二甲醇(CHDM)、1,4环己烷二甲酸(CHDA)、含醚键结构的一缩二乙二醇(DEG)和二乙醇酸(DGA)单体的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)改性共聚物的降解规律,并对它们进行了比较,阐明了PC脂肪酶与不同底物的结合机制及其降解差异性。结果表明:PC脂肪酶可有效地催化降解不同结构的PBS基共聚物,氯仿中酶与底物结合自由能的大小顺序为CMSCMDGSDGBDABBCABBSB,水中二者的结合自由能大小顺序为CMSCMDGSDGBCABBDABBSB,其中CM单元的六元环状亚甲基的富集作用使得底物与酶活性位点的对接最为稳定,具有较大的结合能,且PBS-co-CHDMS降解率最大。受溶剂效应影响,酶与底物在氯仿中的结合更稳定,降解率远大于在水中的降解率。     

Hydrolytic Degradation Behaviors of Poly（p-dioxanone） in Ambient Environments

The effects of temperature and relative humidity on the hydrolytic degradation of poly（p-dioxanone）（PPDO） were investigated. The hydrolytic degradation behaviors were monitored by tracing the changes of water absorption, mechanical and crystalline properties, molecular weight and its distribution, surface morphologies, as well as infrared absorption peaks and hydrogen chemical shifts during the degradation. It is found that the water absorption increases whilst the intrinsic viscosity, tensile strength and elongation at break decrease as the temperature or relative humidity increases. With degradation time growing, the molecular weight drops and its distribution broadens. The crystallinity of PPDO has a tendency to increase at first and then to decrease, while the crystalline structure is not significantly changed. At the same time, some cracks are observed on the surface and keep growing and deepening. All results show that temperature plays more significant roles than relative humidity during the degradation. The analyses of Fourier transform infrared spectroscopy and hydrogen nuclear magnetic resonance spectroscopy reveal that the degradation of PPDO is a predominant hydrolysis of ester linkages.     

Fe~(3+)诱导全氟羧酸的光化学降解:pH值及链长的影响

以全氟辛酸(PFOA)为代表的全氟化合物是环境水体中新出现的一类持久性有机污染物,Fe3+的存在促进了其在254 nm紫外光下的有效降解.在此基础上,主要考察了溶液初始pH值对Fe3+诱导PFOA光化学降解的影响,并以全氟丁酸(PFBA)、全氟戊酸(PFPeA)、全氟己酸(PFHxA)和全氟庚酸(PFHpA)为对象,研究了Fe3+诱导短链全氟羧酸(PFCAs)的降解,通过对降解中间产物的分析,进而推断了其降解机理.结果表明,强酸性条件有利于PFOA的降解,弱酸性或中性反应条件下,PFOA的降解和脱氟均受到明显地抑制,进一步证实PFOA的降解主要是溶解性铁作用的结果,此时Fe(OH)2+则是铁(III)-羟基配合物的主要分配形态.Fe3+诱导PFCAs的降解表明:当碳原子数大于5,长链的PFCAs更易于降解,但对于碳原子数小于6的PFCAs,其降解没有明显的规律.降解中间产物主要是链更短的PFCAs,由此推断,PFCAs的降解遵循逐级降解的规律.     

纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光催化降解抗生素

为优化石墨相氮化碳(g-C₃N₄)光催化剂的结构,改善其对污染物的降解性能,本文以三聚氰胺为前驱体,通过高温煅烧和热氧化剥离制备了二维石墨相氮化碳(2D-C₃N₄),并用光还原法一步合成纳米银/二维石墨相氮化碳/还原氧化石墨烯(Ag/2D-C₃N₄/rGO)复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)、氮气吸附脱附等温曲线(BET)等对材料进行表征。 以头孢曲松钠为目标污染物,探究pH值、催化剂用量、头孢曲松钠初始浓度等因素对催化剂的吸附、降解性能的影响,并探究降解反应机理。 当pH=6.0,催化剂用量为0.3 g/L,头孢曲松钠初始浓度为10.0 mg/L时,复合材料对头孢曲松钠的降解率可达到89.1%。 催化剂的稳定性较强,具有实际应用价值,可用于处理含头孢类抗生素的废水。     

部分还原二氧化钛的NMR和EPR研究

Partially reduced TiO₂ nanomaterials have attracted significant interest because of their visible-light activity for catalysis and photodegradation. Herein, we prepared a partially reduced anatase TiO₂ (Re-A-TiO₂) nanoparticle material using a fast combustion method, demonstrating good activity toward decomposing methyl orange under visible light irradiation. The surface structure of the prepared material, after being surface-selectively ¹⁷O-labeled with H₂¹⁷O (¹⁷O-enriched water), was studied via ¹⁷O and ¹H solid-state magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) spectroscopy and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, and the obtained results were compared to those of non-reduced anatase TiO₂ (A-TiO₂). The EPR results showed that the concentrations of paramagnetic species (i.e., oxygen vacancies (OV) and Ti³⁺) in Re-A-TiO₂ were much higher than that in A-TiO₂, while the former was associated with a higher OV/Ti³⁺ ratio. The intensities of the EPR signals were significantly affected by the adsorbed water, and this phenomenon was explored in combination with ¹H NMR spectroscopy. The ¹H species on Re-A-TiO₂ appeared at larger chemical shifts, denoting the increased acidity of the sample, and these ¹H species on Re-A-TiO₂ were more difficult to remove than those on A-TiO₂. On the other hand, different features were observed for the signals arising from the two-coordinated oxygen atoms (μ₂-O) in ¹⁷O NMR, suggesting a typical anatase TiO₂(101) surface on A-TiO₂, but a more complex surface environment for Re-A-TiO₂. Furthermore, a larger amount of hydroxyl groups (OH) were observed on Re-A-TiO₂ compared to that on A-TiO₂, indicating a larger proportion of exposed (001) facets on Re-A-TiO₂. However, the μ₂-O signals broadened and became similar when the drying temperature was increased to 100 ℃, indicating a non-faceted anatase TiO₂ surface in such conditions. Based on the EPR and NMR results, a significant fraction of the OH species is believed to be formed from the reaction of the paramagnetic centers and adsorbed water molecules. The ¹H→¹⁷O cross polarization (CP) MAS and two-dimensional heteronuclear correlation (2D HETCOR) NMR spectra were used to verify the spatial proximity of the hydrogen and oxygen species, confirming the spectral assignments of a strongly adsorbed water and one type of surface OH species. In particular, the ¹H NMR signals at approximately 11 ppm were ascribed to the hydrogen species in the intramolecular hydrogen bond. In summary, this study investigated the paramagnetic species and surface structure of anatase TiO₂ materials by combining EPR along with ¹H and ¹⁷O solid-state NMR spectroscopy. The differences in the surface structures of Re-A-TiO₂ and A-TiO₂ should be closely related to their different properties toward the photodegradation of methyl orange.     

有序介孔TiO2纳米纤维及其串联光催化水处理-产氢性能（英文）

光催化技术在环境净化及新能源开发方面具有巨大的研究潜力,特别在有机污染物降解去除和分解水制氢展示出了广泛的应用前景.二氧化钛(TiO2)具有出色的光催化活性和稳定性、低成本和无毒性等性质,是最有前景的光催化剂之一,但离广泛实用还有一定距离.TiO2光催化活性很大程度上取决于其尺寸,结晶度和形状等结构特征,因此,TiO2的纳米结构优化设计,为开发高活性TiO2光催化材料,推动其商业和工业应用提供了新的可能.最近大量研究表明,一维(1D)纳米结构,如纳米管,纳米线和纳米纤维等,具有卓越的光生电荷分离和传输能力,可提高光催化活性.鉴于此,1D TiO2纳米光催化剂的设计和可控制备引起了广泛的研究关注.一般而言,1D TiO2制备方法包括溶胶凝胶法,水热法,溶剂热法和静电纺丝法.其中,水热法由于简单高效,是最广泛使用的一种制备方法.通常,水热法制备1D TiO2包括两个主要步骤.首先,在浓NaOH水溶液中的水热处理,将不规则的TiO2颗粒转化为均匀的1D纳米钛酸盐中间体.随后,通过氢离子交换和热转化,将所获得的钛酸盐转化为1D TiO2.钛酸盐中间体的形成和转化过程,对调控所得1D TiO2产物的结构特征,包括相、尺寸、形状和组成等,具有至关重要的作用.然而,传统水热法的反应条件非常苛刻,经常导致1D纳米结构的破坏及纳米颗粒的无序排列,降低了获得材料的光催化活性.因此,发展温和的钛酸盐转化方法,将为制备高活性光催化材料提供新思路.本文通过新颖的蒸汽热方法,成功将钛酸盐纳米带转化为由纳米晶定向组装而成的介孔TiO2纳米纤维.结合XRD,BET,TEM,XPS,UV-Vis和PL等分析手段详细表征了催化剂的组成与结构,基于有机污染物(以罗丹明B为例)降解以及光催化分解水制氢考察了催化剂的光催化活性.结果表明,在150°C蒸汽热处理得到的1D TiO2纳米纤维具有最高的光催化氧化活性与还原活性,均优于商业TiO2(P25).1D TiO2纳米纤维具有介孔结构,其纳米晶排列有序,从而对增强光催化性能至关重要.各向异性锐钛矿纳米晶的有序排列,促进了光生电子与空穴沿纳米纤维结构定向传递,降低电子-空穴复合几率.介孔结构和高表面积有利于光催化反应过程中的质量交换.鉴于1D TiO2纳米纤维同时具有最高的光催化氧化活性与还原活性,我们发展了光催化水处理-产氢集成新技术,通过光催化“有氧氧化-缺氧还原”串联工艺来实现.有机染料在有氧氧化过程中部分氧化,并在后续的缺氧还原阶段充当高效牺牲试剂以促进光催化分解水制氢.该研究为制备高活性有序介孔TiO2纳米纤维及其应用提供了新思路.     

石墨相氮化碳可见光下活化过一硫酸盐氧化降解光惰性邻苯二甲酸二甲酯的机理研究（英文）

近几年过一硫酸盐(PMS)活化技术备受关注,其中利用太阳能活化PMS具有可持续和环保的优势,但PMS本身不吸收可见光.因此,本文提出利用具有可见光响应的石墨相氮化碳(g-C3N4)激发产生光电子进而活化PMS.首先利用三聚氰胺前驱体通过热缩聚法制备g-C3N4,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见光漫反射(UV-Vis)、荧光光谱(PL)、透射电镜(TEM)、N2吸附脱附测试(BET)、电化学等一系列方法对g-C3N4进行表征,研究其表面性质及光学性能.结果显示, g-C3N4具有典型的片层结构和可见光活性,禁带宽度为2.7 e V.本文选取光惰性的内分泌干扰物邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为目标污染物,系统地研究了其降解动力学和降解机理.研究发现,在短波紫外光(254和300nm)照射下,直接光解和·OH参与的反应机理能实现DMP的光降解,而在可见光照射下g-C3N4介导的光催化过程不能使DMP分解;但当添加PMS时,体系主导自由基由·O2–转化为SO4·–和·OH,从而实现DMP的有效降解和矿化.研究还发现,高浓度的PMS和高剂量的g-C3N4均可以提高PMS的活化量和相应的DMP降解效率,但提高催化剂剂量的方式能更充分的利用PMS.尽管高浓度的DMP阻碍了PMS和光催化剂g-C3N4的有效接触,但可以提高PMS的利用率.当p H低于零电荷点(5.4)时, DMP的降解效率较高.此外,使用两种淬灭剂(乙醇和叔丁醇)与DMP进行竞争性实验,结合电子自旋共振检测,表明SO4·–和·OH都是体系主要的自由基.此外,还对g-C3N4的可持续性能进行考察,四次循环实验结果显示,该催化剂具有良好的可重复利用性.对DMP降解进行总有机碳测定,发现降低了19%.最后,利用液相色谱质谱联用对DMP降解产物进行定性定量分析,发现DMP主要通过SO4·–和·OH对苯环的攻击以及脂肪族链的氧化断键这两种途径进行降解.综上可见,利用可见光激发g-C3N4产生的光电子能有效活化PMS降解顽固型有机污染物,可为实现太阳能活化PMS技术提供有力的技术参考.     

185 nm UV降解水中4-CP、4-NP和Rh B的研究

本文以对氯苯酚(4-CP)、对硝基苯酚(4-NP)和罗丹明B(Rh B)为模型有机物(以4-CP和4-NP为小分子模型有机物,以Rh B为大分子模型有机物),分别研究了185 nm UV对水中这3种模型有机物的降解规律、性能和效果.研究结果表明,185 nm UV直接对水中4-CP、4-NP和Rh B有很好的降解效果.研究内容包括:185 nm UV降解模型有机物的浓度、TOC(Total organic carbon)浓度、185 nm UV降解模型有机物过程中溶液pH及电导率变化、以及降解模型有机物过程中产生的无机离子等几个方面.     

TiO2/斜发沸石光催化降解罗丹明B的研究

制备了一系列TiO₂/斜发沸石催化剂(不同焙烧温度、不同粒度和不同负载量),它们在紫外光照射下可降解有机染料罗丹明B(RhB).发现焙烧温度为500℃、粒度为180—200目、TiO₂实际质量分数为6.18%的催化剂样品活性较好.将其与P25对比,发现其降解速率虽低于P25(紫外光照84 min,P25COD变化率为100%,而焙烧温度为500℃的TiO₂/斜发沸石催化剂经紫外光照5.5 h,COD变化率为71.8%),但是TiO₂/沸石催化剂易于回收再利用,而纯P25因为颗粒细小,沉降速率慢,而不能快速分离.用XRD、TEM、BET、TG-DTA和紫外可见漫反射等方法表征了这些催化剂,结果表明催化剂比表面积增大有利于催化活性的提高.