为全面了解国内外土壤污染防治的研究趋势和热点,利用CiteSpace可视化软件分析了近20年土壤污染治理研究相关文献的发文量、发文国家、发文机构、高被引文献和关键词等。结果表明,中英文发文量呈稳定增长趋势,中国于2010年发文量超过美国而成为该领域发文量最多的国家;中国科学院是发文量最多的机构,但国内机构间的合作较为稀疏;当前土壤污染治理中热点污染物主要侧重于重金属、多环芳烃、石油污染物和农药方面,修复技术则聚焦于生物修复和植物修复方面;学者们近几年更关注土壤污染的来源解析和健康风险评估等;结合基因组学的生物修复、生物炭钝化等高效绿色修复技术是当下和未来土壤污染修复的研究重点。
为解决传统臭氧(O3)曝气技术O3逸散及污染物处理效率不高等问题,以疏水性聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜材料制成膜接触器,并进行膜接触O3无气泡传质催化O3氧化技术研究。以苯酚为污染物,通过对比实验、催化O3氧化实验、动力学分析、自由基屏蔽实验、紫外-可见吸收光谱分析等对新技术的传质特性、氧化效果和氧化机理进行了研究。结果表明,相较于单独O3氧化,催化氧化体系对苯酚的去除情况均存在不同程度的提升,其中α-Fe2O3表现出较高的O3催化活性。屏蔽实验通过投加叔丁醇(TBA)和Na3PO4来屏蔽自由基和反应位点,COD去除率较正常实验时分别降低了21.05%和11.80%,说明催化剂表面的路易斯酸性位点是催生·OH的主要原因。膜接触O3无气泡传质与α-Fe2O3催化O3氧化具有良好的协同作用,高效去除苯酚的同时解决了O3逸散问题。
以水杨醛和2-氯-4-氟苯胺合成的席夫碱为配体,采用溶剂热法生成新型Pd(Ⅱ)配合物(Ⅰ)。利用傅里叶红外、热重、PXRD、X-射线单晶衍射等测试手段对其进行结构表征与性质研究。结果表明,配合物(Ⅰ)在P21/c空间群中属于单斜晶系,通过亚胺N和酚O供体原子以双齿方式与1个钯(Ⅱ)中心配合。以制备的Pd(Ⅱ)配合物为催化剂,考察其催化溴苯与苯硼酸Suzuki偶联反应的反应条件,当催化剂摩尔分数为2%、K2CO3为助催化剂、EtOH为溶剂、反应温度为80℃、反应时间为 6 h 时催化产率高达99.6%。考察不同反应底物的催化反应效果,结果表明,含吸电子基团的卤代芳烃表现出更好的催化性能,且溴苯与苯硼酸反应的催化效果最佳。
通过水热法成功合成了不同MoS2与CNTs质量比的复合纳米光催化材料MoS2@CNTs-x%,并通过滴涂法制备具有光电响应的M@C-x%/FTO光电极。利用SEM、XRD、UV-Vis DRS、I-t、EIS和M-S曲线等表征方法分析了复合纳米催化剂的微观形貌、晶体结构、光电化学性能。将M@C-x%/FTO光电极用于光电催化降解盐酸四环素,考察了四环素(TC)初始质量浓度、初始pH对光电催化降解盐酸四环素的影响。运用自由基捕获实验鉴定了光电催化降解过程中的主要反应活性物种;并结合光催化剂能带分析光电催化降解机理。结果表明,电极M@C-5%/FTO具有最佳的光电催化性能。
针对传统浸渍过程中Sn与氧化铝载体易于形成铝酸锡络合物,在反应过程中Pt-Sn合金结构易偏析的问题,利用Al2O3择优暴露晶面诱导效应构筑稳定的Pt-Sn/Al2O3有序合金催化剂。通过丙烷脱氢性能评价发现,棒状r-Al2O3负载的Pt-Sn催化剂形成了均匀且结构稳定的有序合金结构。在560℃时,丙烷初始转化率达68%,丙烯选择性大于97%,远高于其他氧化铝载体负载的Pt-Sn催化剂。利用SEM、STEM和CO-IR等对系列催化剂结构进行表征,结果表明,Pt-Sn/r-Al2O3中形成了隔离且电子富集的Pt物种,从而促进了C—H的活化及丙烯的脱附。
利用高温热解金属有机框架(MOFs)制备不同Pd负载量(0.1%、1%、5%)的氮掺杂碳负载Pd纳米颗粒催化剂(Pd/NC),考察了其催化糠醛选择性加氢性能。当Pd负载量为0.1%时,Pd/NC催化剂在反应温度为120℃、反应压力为3.0 MPa H2的条件下催化糠醛加氢反应4 h,糠醛转化率为93.8%,糠醇选择性为86.7%,糠醇收率为81.4%。利用SEM、TEM、HRTEM、XRD、XPS、STEM和STEM-EDX元素面扫等表征手段对催化剂的结构和形貌进行表征与分析,结果表明,高分散的小尺寸Pd金属纳米粒子与载体之间存在着协同作用,使催化剂表现出优异的催化糠醛选择性加氢制糠醇性能。
采用溶剂热法成功合成了一种新型的Z型CdS/In2O3/g-C3N4三元复合光催化材料。通过XRD、SEM、TEM、XPS和紫外-可见漫反射光谱仪对光催化材料的相结构、形貌、原子价态和光响应性能等进行表征,通过可见光降解苯酚评价其光催化活性。结果表明,具有零维结构的CdS、一维结构的In2O3和三维结构的g-C3N4形成了0D/1D/3D三元复合材料,该材料在180 min可有效降解90%的苯酚,降解速率是CdS的2.9倍、g-C3N4的6倍,且具有较高的稳定性。复合材料光催化能力的增强主要归因于三维多孔g-C3N4与CdS和In2O3形成的三维空间电场。三维多孔结构不仅有利于污染物的高效吸附,而且为光催化反应提供活性位点,三维空间和网络互连结构有利于光生电荷的定向迁移,增加载流子寿命。
为研究用于直接吸收式太阳能集热器的二元Cu/SiO2纳米流体的光吸收和光热转换,制备了PVP(聚乙烯吡咯烷酮)表面修饰的一系列不同组分的Cu/SiO2复合纳米流体,并通过测量实验流体的透射率和闷晒实验,研究了水基复合纳米材料在不同情况下的光吸收和光热转换性能。结果表明,PVP浓度增加对纳米流体在反复加热情况下的热稳定性有明显增强作用,但存在最佳浓度使流体稳定效果达到最佳。闷晒实验结果表明,随着实验次数的增加,测得纳米流体的透射率逐渐升高,宏观表现为流体的稳定性变差、沉淀产生变多。通过复合纳米流体的光热转换实验并结合理论模型分析表明,二元Cu/SiO2复合纳米流体的光热转换效率与Cu/SiO2材料的复合比例关系密切且存在最佳复合比例使二者达到最大值。
将正硅酸乙酯在pH=8~10的条件下水解形成的SiO2包覆于纳米ZnO的表面制备SiO2/ZnO复合材料,以降低纳米ZnO的光活性。将天然药物黄芩苷(BA)包覆在SiO2/ZnO表面制得BA/SiO2/ZnO复合材料,使其兼具紫外屏蔽性能和抗氧化功效。通过Zeta电位、TEM、UV-Vis、FT-IR、TG和XRD等方法对制得的材料进行表征。结果表明,SiO2以Si—O—Zn键的形式结合在纳米ZnO表面,适宜包覆量为20%;药物BA是以无定型的形式包覆在SiO2/ZnO表面,最佳包覆量为20%。抗氧化性实验结果表明,BA/SiO2/ZnO复合材料对DPPH自由基和·OH自由基的清除率与维生素C接近。防晒性能测试结果表明,BA/SiO2/ZnO复合材料具有优异的紫外屏蔽能力。
采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体,利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al2O3,并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行表征;利用粒度分析仪测试FeS粉体的粒径分布;利用原子吸收分光光度计测试脱汞率,考察吸附剂用量、处理时间、pH、共存离子等对脱汞效果的影响。结果表明,超重力法制备纳米FeS的最佳条件为:c(Fe2+)=0.10 mol/L、超重力因子为106.6、撞击初速度为9.43 m/s,此时,得到的FeS的粒径小(D50=91 nm)且分布很窄(68~114 nm)。FeS/Al2O3复合材料的脱汞最佳条件为:pH为6、吸附材料质量浓度为2.0 g/L、处理时间为240 min,此时,脱汞率可达99.96%,最大饱和吸附容量为 1 775.9 mg/g,出水质量浓度为0.04 mg/L。
为实现白酒糟资源的综合利用,探究了白酒糟渣中纤维素酶解的最佳工艺参数。以可发酵糖得率为评价指标,通过单因素实验探究了预处理条件(固液比、硫酸体积分数、处理温度、处理时间)及酶解条件(酶添加量)对酒糟中纤维素酶解效果的影响,在此基础上用神经网络分析结合遗传算法进行进一步优化。结果表明,白酒糟纤维素的最佳酶解工艺参数为:固液比为1∶10、硫酸体积分数为7%、温度为170℃、时间为40 min、酶添加量为23 FPU/g。此条件下酒糟纤维素酶解得到的可发酵糖总量为(19.77±0.56) g/L,得率为88.97%。以该酶解液作为碳源进行丁醇发酵,溶剂(丁醇、乙醇、异丙醇和丙酮)总产量为1.56 g/L。
由可再生能源驱动的二氧化碳电化学还原是碳中和的有效途径,但二氧化碳电化学还原仍存在低选择性、低产率、低稳定性和过电位等问题。二氧化碳电化学还原的性能与催化剂的结构和组成密切相关,因此,设计高活性的催化剂对二氧化碳电化学的商业化应用具有重要意义。利用煅烧三聚氰胺制备的C3N4作为银纳米颗粒的载体合成均匀分布的Ag/C3N4,用于提高二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的活性。C3N4含有富电子氮原子,作为载体能够改性金属Ag的电子结构,从而优化复合催化剂的电催化活性;Ag纳米颗粒均匀分散在C3N4载体上可以提高活性面积、避免团聚,进而提高反应稳定性。研究结果表明,相比于Ag/C催化剂和纯Ag纳米催化剂,Ag/C3N4催化剂提高了电催化二氧化碳还原制备一氧化碳的选择性、反应速率和稳定性。在电流密度为100 mA/cm2以上反应7 h后,一氧化碳法拉第效率仍维持在90%以上。
纳米塑料在环境中运输迁移后表面会产生氨基官能团,易与抗生素形成复合污染物。选取400 nm氨基官能化聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs-NH2)与氟喹诺酮类抗生素培氟沙星(PEF)、依诺沙星(ENO)为研究对象,研究PEF、ENO在PSNPs-NH2上的吸附行为,探讨环境条件对吸附的影响。结果表明,PSNPs-NH2对PEF和ENO的最大吸附量分别为331.235 mg/g和345.065 mg/g,吸附动力学均符合拟二级动力学模型,吸附速率受外扩散和颗粒内扩散控制,吸附等温线符合langmuir模型。强酸强碱、盐度、Cu2+、Zn2+抑制PSNPs-NH2吸附PEF和ENO,海藻酸钠抑制PSNPs-NH2吸附PEF。量子化学计算结果表明,该吸附行为主要通过氢键和范德华力进行,范德华最大穿透距离为PEF-PSNPs-NH2(1.19 Å)、ENO-PSNPs-NH2(1.20 Å)。
以甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)、4-乙烯基苯甲酸(VBA)和顺丁烯二酸酐(MA)为单体,合成一种能有效降低新疆克拉玛依稠油黏度的油溶性降黏剂(SVM)。通过单因素实验得到SVM降黏率最高为60.55%,红外和核磁分析结果证明了SVM的成功合成。通过对加入降黏剂前后的稠油体系进行分子动力学模拟发现,降黏剂主要分散了稠油中沥青质组分;进一步通过SEM、EDS和AFM探究SVM对沥青质分散情况发现,SVM降黏剂能有效破坏沥青质致密的堆叠结构,抑制沥青质聚集。稠油体系模拟得到的氢键数目从98个/帧增长到143个/帧。实验和模拟结果表明,氢键数目变化协同苯环共轭能力的增强能有效破坏沥青质的聚集,降低稠油黏度。
针对Co-Mn-Br-Zr催化剂氧化性强导致副产多的问题,以氧化性稍弱的Ni-Mn-Br-Zr为催化剂探究催化剂各组分摩尔比对偏三甲苯液相空气氧化生成偏苯三酸反应的影响,同时与Co-Mn-Br-Zr催化剂在相同条件下进行比较。结果表明,随着Ni、Mn摩尔分数的增大,偏三甲苯的转化率、偏苯三酸摩尔收率都有所提高,同时副产物苯二甲酸和均苯四酸的收率也随之增加;随着Br摩尔分数的增大,偏三甲苯转化率迅速增大,但偏苯三酸摩尔收率仅有略微增大;Zr摩尔量变化对反应几乎没有影响。在200℃、2.0 MPa、Ni(Co)∶Mn∶Br∶Zr摩尔比为1∶1∶1∶0.05、反应时间为80 min的条件下,Ni基催化剂下偏苯三酸的摩尔收率达到了56.60%,杂质酸收率为3.16%;优于Co基催化剂下偏苯三酸的摩尔收率54.85%和杂质酸收率3.66%。
为解决增湿除湿海水淡化技术高能耗问题,提出了一种新型热泵增湿除湿海水淡化系统,将热泵蒸发器用作二级除湿器,并增设过冷器对深度除湿后的空气进行复温。选用R134a为热泵工质,通过数学模型的建立与求解,分析讨论了制冷剂充注量、进料海水温度和液气质量比对系统性能的影响,并与现有文献中的热泵增湿除湿海水淡化系统性能进行对比。结果表明,系统存在最佳的制冷剂充注量、进料海水温度和液气质量比;当进料海水流量为720 kg/h时,最佳制冷剂充注量为240 kg/h,对应的最佳淡水产量和造水比分别为28.83 kg/h和7.21,均优于文献报道值,表明新系统具备实际产品开发的价值和广阔的应用前景。
建立了自动电位滴定法准确测定热镀锌助镀剂中氯化铵含量的方法,探讨了自动电位滴定法测定热镀锌助镀剂中氯化铵含量的复合掩蔽剂A用量、复合掩蔽剂加入的介质条件和滴定起始pH对滴定突跃的影响。进行了相应的方法学验证。结果显示,对于氯化铵含量为10 g/L的助镀剂在体系介质pH为5~6时加入复合掩蔽剂A溶液15 mL、体积比为1∶1的甲醛水溶液5 mL,用0.1 mol/L氢氧化钠溶液自动电位滴定仪滴定。方法学验证显示,线性回归方程为y=0.934 9x-0.043 25,r2=1,氯化铵在5~40 g/L范围内与氢氧化钠消耗量呈良好的线性关系;重复测定6次,样品加标回收率范围在100.1%~100.8%,表明该方法的准确度高。不同人员和仪器7次测定消耗0.1 mol/L氢氧化钠的RSD值(n=7)为0.28%,氯化铵含量的RSD值(n=7)为1.28%,实验结果符合国家标准要求(RSD<5%),测定结果没有显著性差异(t=1.329,P>0.05)。