构建了以单过硫酸钾(PMS)为阴极电子受体的双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),考察了MFC启动过程中同步除污产电性能以及阳极微生物群落的变化特性。结果表明,外接电阻为1 000 Ω以及PMS浓度为10 mmol/L的情况下,MFC在1个月内快速启动,其最大输出电压、功率密度以及有机物去除率分别为972 mV、16.367 W/m3和99.41%。高通量测序表明,MFC启动过程中,阳极微生物群落的多样性降低,但丰度增加;成熟的阳极生物膜中主要产电微生物是Proteobacteria菌门的Azospirillum(50.89%)、Desulfovibrio(4.38%)、Pseudomonas(2.45%)、Comamonas(1.22%)以及Sphingopyxis(1.26%),Bacteroidetes菌门的Proteiniphilum(1.27%),Firmicutes菌门的Fusibacter(1.3%)等,这是产电性能提升的主要原因。
利用二乙烯三胺与均苯三甲酰氯在聚丙烯腈超滤膜表面的界面聚合反应,将埃洛石纳米管引入聚酰胺分离层中制备埃洛石纳米管/聚酰胺纳滤膜。傅里叶红外光谱及扫描电镜分析证实聚丙烯腈膜表面已形成聚酰胺分离层。水接触角测试结果表明,所有膜均为亲水性膜。埃洛石纳米管的加入量合适时,不仅可增大膜的脱盐率,同时可增大膜通量,呈现反"trade off"效应。增大反应单体浓度或延长反应时间,脱盐率均先增大后减小,通量则呈相反趋势。当二乙烯三胺和均苯三甲酰氯质量分数分别为0.6%和0.5%、埃洛石质量为0.01 g、反应时间为10 min时,制备的NF2膜在0.6 MPa下对NaCl、MgCl2、Na2SO4、MgSO4的脱除率分别为62.8%、84.4%、90.9%和90.7%,通量约为14.5 L/(m2·h)。用于1 000 mg/L CoCl2脱除时,对Co2+的脱除率达89.4%。
采用水热法制备Fe3O4纳米粒子,并用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对其表面进行氨基化修饰。基于氧化石墨烯(GO)与氨基化Fe3O4的自组装体系,构建具有过氧化物模拟酶性能的磁性石墨烯复合纳米粒子(GO@Fe3O4),并对其理化性质进行表征,用于替代天然过氧化物酶快速检测样品中过氧化氢的含量。最优催化检测体系为:GO@Fe3O4固体粉末添加质量为0.005 g、反应温度为70℃、反应时间为50 min;在0.01~1.0 mmol/L过氧化氢浓度范围内,其浓度与检测体系吸光度呈现良好的线性关系,工作曲线为y=740.25x+0.079 8,相关系数R2=0.992 7,最低检出限为0.547 7 μmol/L,回收率为98.94%~105.74%。此外,所制备的磁性石墨烯复合纳米粒子模拟酶材料检测H2O2的体系具有较高的催化检测性能。
利用高压脉冲放电技术处理选矿废水中的残余有机物黄药。通过控制变量考察了单独脉冲放电与脉冲放电协同催化剂2种体系对黄药的降解效果。研究表明,在溶液初始质量浓度为120 mg/L、针-板间距为10 mm,峰值电压为26 kV、脉冲频率为60 Hz、溶液体积为150 mL、气流量为3 L/min、电导率为135 μm/cm时,放电处理40 min后,乙基黄药降解率均为100%,丁基黄药降解率为62.47%;矿化率分别为24.05%与56.1%。将BiVO4催化剂与脉冲放电协同作用40 min,乙基黄药与丁基黄药降解率均为100%,矿化率分别为31.75%与73.59%,添加催化剂可有效提高黄药降解率及矿化率。
以无机SiO2为壁材、正十八烷为芯材制备相变微胶囊(MEPCM),利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、粒径分析、差示扫描量热仪和热重分析仪对其结构形貌与性能进行表征。结果表明,制备的正十八烷相变微胶囊具有良好的球形外观,平均粒径为538.2 nm;该微胶囊熔融温度和熔融热焓分别为27.75℃和125.1 kJ/kg,具有较高的热稳定性;采用浸轧法将MEPCM整理到纯棉织物上得到相变调温织物,并考察了浸轧整理液中微胶囊的添加量对织物性能的影响。经过增重率和DSC测试得出MEPCM最佳质量分数为20%,制备出的相变调温织物的熔融温度和熔融热焓分别为26.50℃和15.60 kJ/kg,具有良好的耐水洗性和透气性。
利用溶胶-凝胶法合成不同Er3+掺杂量的TiO2光催化材料,考察了Er3+掺杂量(0%~1%)、焙烧温度(400~700℃)和焙烧时间(1~4 h)对TiO2光催化材料对亚甲基蓝溶液的降解率、物相组成和光催化性能的影响。研究结果表明,Er3+掺杂TiO2光催化材料的最优制备工艺为:Er3+掺杂量为0.5%、焙烧温度为500℃、焙烧时间为2 h。随着Er3+掺杂量的增加,光催化材料的晶粒尺寸不断减小;Er3+掺杂的光催化材料的平均晶粒尺寸会随着焙烧温度的升高而逐渐减小;在焙烧温度为500℃时,焙烧时间的延长不会造成光催化材料中TiO2相的晶型转变,但TiO2晶体的晶粒尺寸会不断长大。Er3+掺杂量为0%、0.5%和1%的光催化材料的禁带宽度分别为2.76、2.0 eV和2.47 eV,Er3+掺杂量为0.5%时光催化材料的禁带宽度最小,具有最高的光吸收范围。
利用水热法制备了新型金属有机骨架MOF(Fe)作为光-芬顿催化剂,通过XRD、TEM、FITR和BET对催化剂进行表征。利用光-芬顿体系下对酸性大红3R(AR3R)的催化降解效果来评价MOF(Fe)的催化活性,考察了AR3R初始质量浓度、pH、MOF(Fe)的质量以及H2O2的用量对AR3R催化降解性能的影响。结果表明,在可见光下,AR3R初始质量浓度为200 mg/L、pH为3.0、H2O2的用量为0.4 mL、MOF(Fe)的质量为0.20 g时,经过45 min反应后AR3R降解率为100%。通过捕获剂实验确定·OH、·O2和h+在反应体系中均起着重要作用。重复利用实验表明,MOF(Fe)具有较高的稳定性。
以双氧水(H2O2)与亚硫酸氢钠(NaHSO3)为引发体系,硫酸钴(CoSO4)为催化剂,异戊烯醇聚氧乙烯醚-2400(TPEG-2400)和丙烯酸(AA)为单体,二元共聚合成聚羧酸减水剂(PCA)。通过单因素及正交试验优化的制备条件为:n(AA):n(TPEG-2400)=4.4:1,巯基乙酸(TGA)质量分数为0.39%,CoSO4·7H2O质量分数为0.1%,NaHSO3质量分数为0.4%,n(H2O2):n(NaHSO3)=8:1,反应温度为50℃,反应时间为3.5 h。与H2O2-NaHSO3引发体系合成的PCA0相比,H2O2-NaHSO3-CoSO4引发体系合成的PCA1具有较低的分子质量及较高的单体转化率;PCA1折固掺量为0.15%、水灰比为0.29时,初始水泥净浆流动度超过290 mm(较PCA0提高了50 mm以上),具有更加优异的性能。
基于乙醛-水-巴豆醛-3-羟基丁醛大温差热敏体系的特点,采用合适的操作压力,控制精馏塔塔内温度,提出了多种节能精馏工艺。使用Aspen Plus流程模拟软件中的Radfrac模块模拟精馏塔,对该体系的常规精馏、带中间冷凝器的精馏以及带中间冷凝器的热集成精馏工艺进行模拟。以年总费用(TAC)和能耗为目标函数,对各种工艺参数进行优化。研究结果表明,与常规精馏工艺相比,带中间冷凝器的精馏工艺TAC节约了10.35%,能耗相当;带中间冷凝器的热集成精馏工艺TAC节约了28.78%,能耗节省24.20%。带中间冷凝器的热集成精馏工艺是分离该体系的一条高效节能的路线。
为探究抗氧剂抗氧化活性,采用Materials Studio 7.0版本模拟软件Dmol3模块对自由基捕捉剂类抗氧剂中的酚类和胺类抗氧剂分子进行模拟计算分析。通过对4种典型抗氧剂分子的前线轨道及X-H键解离能结果进行分析可知,2,6-二叔丁基对甲酚抗氧化活性略好于4,4亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚),N-苯基-α-萘胺抗氧化活性明显高于4-丁基-4'-辛基二苯胺,且在此4种抗氧剂中酚类抗氧剂活性略高于胺类。在典型抗氧剂分子的基础上,探究取代基变化对分子抗氧化活性的影响,得出取代基对分子的抗氧化活性有显著影响、且取代基碳数越多抗氧剂分子越活泼的结论。
采用HS-SPME-GM/MS法对不同污染河流水中嗅味物质检测方法进行优化,探讨了不同因素对萃取效果的影响。结果表明,用50/30 μm DVB/CAR/PDMS作萃取纤维头、水样体积为瓶容积的1/2、转速为250 r/min、65℃恒温加热30 min、25% NaCl投量(W/V%)、250℃解吸3 min时效果最佳。DMTS在5.0~200 ng/L范围内线性关系良好,拟合度R2=0.998 7,2-MIB、GSM在2.0~200 ng/L范围内线性较好,拟合度R2 ≥ 0.999;方法检出限分别为3.6、2.3、1.1 ng/L,回收率为88.1%~97.2%,RSD为5.1%~7.3%。该方法适用于地表水中致嗅物质的定量分析,同时探讨了典型嗅味物在不同表观污染中的差异性。