采用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)为前驱体、氧化石墨烯(GO)和纳米纤维素(CNFs)为改性添加剂,经过预氧化和碳化处理制备多功能型复合碳纳米纤维膜,考察了不同GO和CNFs质量分数以及碳化温度对复合纤维膜理化性能的影响。结果表明,随着GO和CNFs质量分数的不断提高,复合纤维膜的疏水性能和导电性能均单调递增,在m(GO)∶m(CNFs)=1∶2、GO质量分数为4%时,复合纤维膜水接触角达到142.98°,与纯PAN碳纳米纤维膜相比提高近1倍;电导率为1.894 S/cm,比原来提升207%;吸油系数在GO质量分数为3%时达到最大,继续添加改性剂,吸油性能反而出现下降趋势。
针对污泥厌氧消化水解阶段有机物释放受限、影响产甲烷的问题,通过优化游离氨预处理的剂量,考察了不同游离氨预处理浓度、持续时间下,污泥水解阶段的有机物释放效果。结果表明,与控制组相比,优化剂量的游离氨处理后TCOD、SCOD质量浓度分别提高了134.64%~250.34%、154.70%~274.55%,表明优化的游离氨水平有效强化了污泥的预处理效果。组分分析结果表明,溶解性蛋白质、多糖浓度分别提高111.70%、412.37%,VS水解率增加16.60%~80.38%。三维荧光光谱(3D-EEM)的PARAFAC分析表明,游离氨预处理后提高了生物可降解有机物占比,主要以溶解性微生物副产物(41.18%)、类酪氨酸(29.32%)为主;同时促进难降解有机物的转化。不同于高能耗预处理的强力溶胞破壁,以温和调节的游离氨预处理方式强化水解,可提高液相中溶解性有机物质量浓度,进而改善污泥中有机物释放效果。
通过水热法和化学选择性刻蚀法分别制备一维氧化锌(ZnO)纳米线和二维层状碳化钛(Ti3C2Tx),采用静电自组装和双向冷冻干燥技术得到超轻少层碳化钛/氧化锌(f-Ti3C2Tx/ZnO)复合材料,并利用XRD、SEM、TEM等对样品进行结构和形貌表征。将f-Ti3C2Tx/ZnO复合材料制成气敏元件,考察其气敏性能,并与纯Ti3C2Tx进行比较。结果表明,200℃下,Ti3C2Tx质量分数为14%的复合材料对100 μL/L二氧化氮(NO2)的响应值(S=Rg/Ra)达到30.31,相比纯Ti3C2Tx提高7.27倍。f-Ti3C2Tx/ZnO复合材料可用作检测NO2气体的新型传感材料。
以二水合醋酸镉、硫代乙酰胺、乙二胺为原料,采用水热法合成了CdS纳米颗粒;以三水合硝酸铜、均苯三甲酸为原料,采用溶剂热法合成了CuMOF。通过对2种晶体超声分散、混合制备CuMOF/CdS复合光催化剂,利用XRD、SEM、UV-Vis DRS及FT-IR分析方法对合成的CuMOF/CdS复合光催化剂进行表征。以亚甲基蓝为模拟的待降解有机污染物,考察了CuMOF复合量对光催化降解效率的影响。结果表明,当CuMOF与CdS质量比为1∶1时,CuMOF/CdS光催化剂对亚甲基蓝(MB)溶液表现了最佳的光催化降解效果;与单纯CdS和CuMOF晶体相比,其在相同条件下对MB的光催化降解效率分别提高了502%和287%。
利用壳聚糖的吸附性能和石墨相氮化碳的光催化特性制备了g-C3N4/壳聚糖复合微球,并对银离子进行吸附还原,将所得产物应用于表面增强拉曼(SERS)基底来检测孔雀石绿(MG)。结果表明,制备的复合微球对银离子有较好的吸附容量,可达到152.17 mg/g,吸附银离子后的微球对孔雀石绿的吸附能力降至2%。SERS图谱的特征峰较易分辨,对MG的检测范围为1×10-7~1×10-3 mol/L,但复合微球对孔雀石绿的降解能力会影响其长时间的拉曼检测。扫描电镜与能谱分析结果表明,复合微球表面较粗糙,有纳米银生成,分布较为均匀。XPS分析结果表明,复合微球表面主要为单质银。红外光谱分析表明,复合微球没有改变g-C3N4与壳聚糖原有的结构。
以矿源煤基胡敏素(Humin,HM)为基体,用不同浓度KMnO4溶液制备改性胡敏素材料胡敏素-锰氧化物复合材料(HMM),考察了HMM用量、初始pH对重金属的吸附效果影响;利用吸附动力学和吸附等温线以及扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等对其进行表征分析,探索了HMM对重金属的吸附机理。结果表明,HM表面负载MnOx后增加了HM的表面吸附位点,随KMnO4浓度的升高,HMM对Pb2+吸附效果略有升高,吸附动力学遵循准二级动力学模型,化学吸附占主导作用;吸附等温线符合Langumir模型方程,0.05HMM对Pb2+的最大吸附量Qm为397.911 mg/g,是HM的2.5倍;通过改性提高了HM对Pb2+的吸附能力以及吸附的稳定性。
以N,N-二甲基二茂铁甲胺与溴代十二烷合成阳离子表面活性剂(甲基二茂铁)十二烷基二甲基溴化铵(FC-DBAB)。用FC-DBAB和十二烷基三甲基溴化铵分别对碳纳米管/硫复合颗粒进行表面改性。利用接触角仪和Zeta电位仪对改性和未改性产品的表面性质进行分析;以改性材料为正极制备组装锂硫电池,并进行电化学性能测试。结果表明,表面改性使碳纳米管/硫复合颗粒表面电负性增大,含有二茂铁基团的表面活性剂改性效果更为显著;改性后的锂硫电池在高倍率下充放电性能更好,二茂铁基团还起到吸附多硫化物、抑制穿梭效应的作用。FC-DBAB-CNTs@S电池在1 C下充放电循环300圈,单圈衰减率为0.1%,比DTAB-CNTs@S电池下降30%。
为了处理垃圾渗滤液废水中高浓度氨氮,通过"泡沫分离、混凝沉淀、除钙、微/超滤"和膜吸收法脱氨组合工艺对垃圾渗滤液进行预处理,以保证后续生化处理系统的稳定运行。结果表明,膜吸收前处理可有效削减垃圾渗滤液中表面活性物质、大分子有机物、悬浮颗粒物和重金属,使Zn、Cu和Pb等离子含量满足生活垃圾填埋污染控制标准(GB 16889—2008)排放要求。在渗滤液pH=11.5、流速为3.6 cm/s、吸收液浓度为2 mol/L、流速为1.1 cm/s条件下,采用4级串联的中空纤维膜组件对垃圾渗滤液进行连续处理,氨氮去除率可达到97%以上,出水氨氮质量浓度始终低于50 mg/L,过膜通量基本稳定在3.0~3.2 mg/(m2·s)。
对以腺苷酸(Adenosine monophosphate,AMP)为底物合成β-烟酰胺单核苷酸(β-Nicotinamide mononucleotide,β-NMN)的途径进行了研究。在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中构建AMP核苷酶(AMN)与磷酸核糖焦磷酸合成酶(PRS)的共表达及融合表达体系,其中,融合菌株PRS-L4-AMN与烟酰胺磷酸核糖转移酶(NAMPT)构成的双菌催化体系具有较高的催化效率,是三菌混合催化体系的2.42倍。进一步对全细胞催化合成NMN的反应体系进行优化,包括pH、温度、缓冲液、金属离子及菌粉投加量等。结果表明,在优化条件下,反应2 h时NMN产量达到最高,为23.7 mmol/L,总收率达33.4%,实现了NMN的一锅法生物合成。
为提高聚氨酯(PU)混合料在路面工程中的使用寿命,以聚醚多元醇(PPG1000)和改性二苯基甲烷二异氰酸酯(MM-103C)为主要原料,制备了不同异氰酸酯基(NCO)质量分数的PU胶黏剂,并与AC-13级配骨料拌和得到PU混合料。通过黏度、表干时间测试,研究了PU胶黏剂的工艺性能;通过马歇尔稳定度、劈裂强度和肯塔堡飞散测试,研究了PU混合料抗水损害性能。结果表明,25℃时PU胶黏剂表干时间小于30 min,PU混合料固化速度快;浸水马歇尔稳定度与标准马歇尔稳定度均高于28 kN;随着NCO质量分数的增加,冻融劈裂强度比先增加后减低,最高为94.1%;肯塔堡飞散损失率随NCO质量分数的增加呈现先降低后增加的趋势,标准飞散及浸水飞散损失率都小于13%,两者相差的最大值与最小值分别为6.09%和0.7%。
通过原位生长法成功制备了BiOBr/CN复合光催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FT-IR)和X射线能谱(XPS)等对所制备的催化剂的微观结构和形貌进行表征,通过在可见光照射下光催化降解罗丹明B(RhB)来评价催化剂的活性,并考察了其降解青霉素类抗生素母核6-APA的性能和机理。结果表明,可见光照射60 min时,BiOBr/CN对RhB的降解效率为84.52%;可见光照射120 min时,其对6-APA的降解效率为95.32%。根据活性物种捕获实验,·O-2和·OH是主要活性物种,h+和e-是次要活性物种。环境毒性实验结果表明,制备的催化剂为环境友好型催化剂。
传统的鼓泡塔间二甲苯(MX)氧化生产间甲基苯甲酸(MTA)工业过程中存在反应时间长、转化率低、选择性差等问题。在对物料平衡及反应速率控制步骤分析的基础上,研究了MTA的气相氧化及其微气泡强化分散合成过程。结果表明,采用微孔曝气可以得到平均直径30~100 μm的微气泡,相界面面积较单管曝气增加了约300倍。当反应压力大于300 kPa时,高沸点酯类及MTA深度氧化副产物增多。在优化反应条件下(130℃、300 kPa、曝气100 L/(m3·s)、钴催化剂摩尔分数为0.5‰)氧化反应5 h时,MX的转化率和MTA的生成率分别可达60.0%和45.0%,提高了氧化反应的效率和MTA的生成率,并且较同等条件下单管曝气的反应时间缩短了约1半。
制备了氮掺杂石墨氮化碳(N-g-C3N4)负载Cd0.5Zn0.5S固溶体复合材料,并以此为基础复合另一种优秀的半导体催化剂In2O3制得In2O3/Cd0.5Zn0.5S/N-g-C3N4催化剂,通过三者的复合界面加速电子的传输和阻碍电子-空穴对的复合以提升光催化性能。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和X射线衍射对所制备的催化剂微观形貌和结构进行表征,利用电化学工作站进行瞬态光电流测试和气相色谱仪对产氢性能进行测试。结果表明,采用两步水热法制备得到较好分散的In2O3/Cd0.5Zn0.5S/N-g-C3N4复合催化剂;在In2O3和Cd0.5Zn0.5S/N-g-C3N4质量比为4∶10时具有最好的催化效果,产氢量为100.22 μmol,产氢速率为21.760 μmol/h,说明In2O3/Cd0.5Zn0.5S/N-g-C3N4复合光催化剂有较好电荷载体的快速迁移能力及稳定性。
为快速检测食品中铝添加剂含量,建立了以8-羟基喹啉为探针电化学测定铝离子的新方法。利用电化学聚合方法制备了聚L-瓜氨酸修饰电极(poly L-citline modified electrode,PLCit/GCE),与玻碳电极(glass carbonelectrode,GCE)相比,8-羟基喹啉在修饰后的电极上的电流响应信号显著增大。由于8-羟基喹啉与铝离子易形成配位化合物,向8-羟基喹啉溶液中加入铝离子时,会使8-羟基喹啉在PCLit/GCE上氧化峰电流减小,产生负相关,因此用8-羟基喹啉为探针可实现对铝离子的检测。利用循环伏安法研究了8-羟基喹啉在PLCit/GCE上的电流与铝离子浓度的线性关系。优化实验条件后,以8-羟基喹啉为探针对Al3+进行测定,Al3+浓度在8.00×10-8~1.00×10-6 mol/L内时,与8-羟基喹啉氧化峰电流呈现良好的负相关线性关系,相关系数R=0.993 8,检出限为6.00×10-8 mol/L。该方法用于蜂蜜中铝离子的测定,回收率为95.0%。