高氯酸盐还原菌的代谢过程及应用研究进展

生物法降解高氯酸盐（\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}）作为一种经济、高效、二次污染小的技术，在处理\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}方面取得了显著的效果。本文综述了高氯酸盐还原菌还原\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}的主要机理、不同菌株的来源及特性、降解过程中其他因素（如电子受体、电子供体、pH、温度、盐度和重金属等）对高氯酸盐还原菌性能的影响并对高氯酸盐还原菌的应用现状进行了概述。指出高氯酸盐还原菌广泛存在于环境中，可通过一系列还原酶将\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}还原为Cl^-，但是不同菌株的还原机理可能存在一定差异需进一步研究。同时操作参数和环境因子均会对高氯酸盐还原菌降解\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}性能产生或正或负的显著影响。电子供体的额外投加作为生物法的缺点，使得其在实际工程中的应用非常有限。因此，寻找经济性较好的电子供体并将其应用在实际工程中是未来生物法降解\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}研究的热点。本文就电子供体的投加策略及未来高氯酸盐降解研究方向提供了一些见解，以期实现生物法更经济、高效地应用在实际\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}污染水体处理中。     

基于可变价NiFe-LDH/rGO对磷酸根离子的特异性电控分离

磷是一种不可再生资源。为解决现有磷污染以及磷资源流失等问题,通过油浴与热化学还原相结合的方法,成功制备出一种NiFe-LDH/rGO电活性杂化膜材料。使用电化学方法,在氧化还原电位的控制下,Ni、Fe(Ⅱ/Ⅲ)双金属发生核外电子的跃迁,高价态的Ni、Fe(Ⅲ)与\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}发生内球络合作用,实现\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}的选择性置入-置出。实验获得270 mg·g^-1的高\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}吸附容量及85%以上的再生效率。此外,该杂化膜材料在共存离子存在的复杂水体中,对\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}具有优异的选择性,为磷石膏渗滤液以及各种含磷废水污染等问题的解决提供有效的理论技术支撑,具有广阔的应用前景。     

Feammox系统内氮素转化途径的研究

铁氨氧化（anaerobic ammonium oxidation coupled to Fe(Ⅲ) reduction，Feammox）是指在厌氧条件下，氨氮氧化耦合三价铁还原的一种新型污水生物脱氮工艺。为确定Feammox反应系统中存在的氮转化的途径，在厌氧条件下接种普通活性污泥驯化培养Feammox，探究了不同途径对氨氮转化的贡献率并进行了相关性分析。研究结果表明：在厌氧间歇反应器ASBR中，经过120 d的富集培养，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}最大去除率达53.8%，最大去除量约26.9 mg/L，其中Feammox反应途径对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除的贡献率为57.7%，厌氧氨氧化(Anammox)约占42.3%。在典型周期分析发现，在0~7 h内对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为14.74 mg/L，Anammox反应速率较快，起主导作用；7~24 h 对\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}去除量为12.16 mg/L，以Feammox反应为主；在整个运行周期内铁盐反硝化（nitrate-dependent Fe(Ⅱ) oxidizing，NDFO）去除\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}约5 mg/L。由相关性分析可得，\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{+}-\mathrm{N}浓度与Fe(Ⅲ)、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{-}-\mathrm{N}浓度呈显著性正相关（P_Fe<0.05、P_{\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}}<0.01），而\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}-\mathrm{N}与Fe(Ⅲ)呈负相关（P<0.5）。实验结果表明在Feammox、Anammox以及NDFO共同作用下，该系统实现了污水自养型脱氮。     

聚糖菌反硝化影响因素及内碳源转化特性

在SBR反应器中以乙酸钠为碳源、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}-N为电子受体成功富集了反硝化聚糖菌，并采用批次实验进一步考察了进水C/N比（3.3,6.7,10）、电子受体（\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}-N、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}-N）、碳源类型（乙酸钠、葡萄糖）对反硝化聚糖菌活性的影响及内碳源转化特性。实验结果表明，进水C/N比越高，系统\mathrm{N}{\mathrm{O}}_x^{-}-N去除率越高，厌氧段合成PHB越多，但进水C/N比过高会导致普通反硝化菌占优势，影响内碳源反硝化效率，进水C/N比为6.7较为合适；以\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}-N为电子受体长期培养的DGAOs系统未经\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}-N驯化，对\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}-N同样具有良好的反硝化性能，在投加与\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}-N相同浓度的\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}-N后，系统\mathrm{N}{\mathrm{O}}_x^{-}-N去除率达89.6%；当以葡萄糖为碳源时，DPAOs在厌氧段合成的PHB的量仅为以乙酸钠为碳源时合成PHB量的79.5%，且厌氧段葡萄糖利用率仅为72.8%，远远小于乙酸钠的利用率。     

过硫酸盐活化方式与氧化降解有机物效能及其在污染场地修复中的应用

过氧单硫酸盐（PMS）及过二硫酸盐（PDS）在工业污染场地修复中应用广泛，通过活化作用能够产生氧化性更强的·\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\text{-}}自由基，从而更好地氧化降解有机污染物。本文比较了几种典型活化方式，包括紫外（UV）、碱、过渡金属、热以及含碳物质，并分析了它们的优缺点及适用条件；讨论了过硫酸盐活化机理及动力学过程；分析了无机阴离子（Cl^-、\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}\text{/}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\text{-}}、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}^{\text{-}}、\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\text{-}}、{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\text{-}}）与·\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\text{-}}自由基相互作用及其对有机污染物氧化降解的影响；针对活化过硫酸盐在工业污染场地修复领域的应用，对过硫酸盐活化方法的发展趋势进行了展望。理论研究和实践表明，过硫酸盐不同活化方式为工业污染场地修复提供了多样选择，多种活化方式协同作用将是过硫酸盐高效活化氧化降解有机污染物的发展方向。由于Cl^-、\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\text{-}}\text{/}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}\text{-}}抢夺·\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\text{-}}的能力较强，认为这些无机盐与有机物复合的污染场地或土壤采用PDS修复需格外谨慎选择活化方法。     

基于可变价NiFe-LDH/rGO对磷酸根离子的特异性电控分离

磷是一种不可再生资源。为解决现有磷污染以及磷资源流失等问题,通过油浴与热化学还原相结合的方法,成功制备出一种NiFe-LDH/rGO电活性杂化膜材料。使用电化学方法,在氧化还原电位的控制下,Ni、Fe(Ⅱ/Ⅲ)双金属发生核外电子的跃迁,高价态的Ni、Fe(Ⅲ)与\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}发生内球络合作用,实现\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}的选择性置入-置出。实验获得270 mg·g^-1的高\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}吸附容量及85%以上的再生效率。此外,该杂化膜材料在共存离子存在的复杂水体中,对\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{3}-}具有优异的选择性,为磷石膏渗滤液以及各种含磷废水污染等问题的解决提供有效的理论技术支撑,具有广阔的应用前景。     

碱式硫酸镁晶须的可控制备及不同离子的影响机制

以氯化镁、氢氧化钠和硫酸镁为原料,采用溶胶-凝胶-水热法制备了碱式硫酸镁（MHSH-512）晶须,研究了前驱物Mg(OH)₂、Mg²⁺和\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}的浓度和杂质离子Cl^-对MHSH-512晶须的生长机制和微观形貌的影响。研究表明,溶胶-凝胶法得到的Mg(OH)₂在水热条件下的溶解再结晶过程中易形成结构单元[Mg(OH)₆]^4-。当c(Mg²⁺)/ c(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-})为3时,几乎全部的[Mg(OH)₆]^4-可与\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}形成晶核,并以b轴为主轴生长为MHSH-512一维晶须。大量Cl^-的存在可能阻碍OH^-与Mg²⁺相互作用,延缓[Mg(OH)₆]^4-生成,同时与\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}在[Mg(OH)₆]^4-表面发生竞争吸附,导致晶须生长滞后,但对晶须的最终形貌和分散性没有实质影响。190℃下水热反应10 h制得的MHSH-512晶须结晶度高、长径比大（150～200）、表面光滑且分散性好,易于实现工业化生产,为青海盐湖镁资源的高值化利用提供了一条有效途径。     

基于铁基质高效催化还原污水中硝酸盐氮的实验研究

污水厂排水中硝酸盐氮(\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N)浓度偏高,难利用常规生物脱氮工艺实现\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的深度脱除。以铁基质高效催化脱氮载体为污水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的脱除材料,探究不同铁基质催化活性、pH和\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N浓度等对污水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除的影响及机制。研究结果表明：添加催化剂D的铁基质高效催化脱氮载体可脱除92.23%的\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N,调节污水为酸性至中性条件时,其\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除率均可达到92.09%以上,且氨氮(\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}-N)积累量先升高后降低;当污水为碱性条件时,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的去除率亦可达86.13%以上,且在碱性条件时无\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}-N积累;原水中\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N的浓度变化(20~70 mg·L^-1)对铁基质高效催化脱氮载体的脱氮性能影响较小,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N去除率均达到96.11%以上。与催化剂A、B和C相比,添加催化剂D的铁基质高效催化脱氮载体脱氮速率最快,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{–}-N降解反应过程符合一级反应动力学方程,反应速率常数k=0.0170 min^–1。     

插层阴离子对以类水滑石为前体Ni-Al2O3催化剂催化乙酰丙酸加氢性能的影响

分别以\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}以及\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体制备了Ni/Al摩尔比为3∶1的NiAl-N-R以及NiAl-C-R催化剂，并考察了其催化乙酰丙酸加氢性能。采用N₂-物理吸附、ICP-OES、TG/DTG、XRD、H₂-TPR/TPD、TEM、NH₃-TPD、in-situ Py-FTIR等表征手段对前体及催化剂进行了表征。研究结果表明，类水滑石插层阴离子对催化剂中活性金属-载体相互作用、活性金属分散度、表面酸性质以及催化乙酰丙酸加氢性能有重要影响。以\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}插层类水滑石为前体的催化剂表现出高的金属分散度、丰富的L酸酸性中心、高的CO加氢活性和高的循环使用稳定性。当以甲醇为溶剂、160℃、4 MPa氢气压力条件下反应1 h时，γ-戊内酯收率可达71.8%。     

UV-LED/NaClO工艺降解尼泊金甲酯：不同活性物种的作用

采用UV-LED/NaClO工艺降解水中尼泊金甲酯(MeP),通过竞争动力学的方法确定了MeP与HO·、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}·的二级反应速率常数,考察了不同NaClO投加量、pH和腐殖酸(HA)浓度下不同活性物种对MeP去除的贡献,研究了共存Br^-对MeP矿化、消毒副产物(DBPs)生成和急性毒性变化的影响。结果表明,NaClO与UV-LED的协同效果要优于其他氧化剂,UV-LED/NaClO工艺降解MeP的拟一级动力学常数为0.0854 min^-1。MeP与HO·、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}·的二级反应速率常数分别为4.00×10⁹ L/(mol·s)和5.56×10⁸ L/(mol·s),UV-LED/NaClO工艺降解MeP时各活性物种的贡献率符合活性氯自由基(RCS)>HO·>NaClO>UV-LED的规律。弱酸性和中性条件有利于MeP降解,HA明显抑制了降解,\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}和Br^-均不同程度促进了MeP降解。Br^-可以提高MeP的矿化,但会导致更多的DBPs生成,增加反应溶液的急性毒性。     

线性温敏性聚合物嵌段调控的ReO4-智能离子印迹聚合物的设计制备及其吸附分离性能研究

首先采用可逆加成断裂聚合法(RAFT),合成了线性温敏性聚合物聚N,N-二乙基丙烯酰胺(PDEA),之后将其引入到以丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、N,N-二乙基丙烯酰胺(DEA)为功能单体,ReO₄^-为模板离子,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,甲醇和水混合溶液(V_甲醇∶V_蒸馏水=3∶7)为溶剂的离子印迹聚合物制备体系,自组装完成后,用Vc-H₂O₂引发聚合,制备出一种线性温敏性聚合物嵌段调控的智能离子印迹聚合物——ReO₄^--IIP。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对ReO₄^--IIP的结构和形貌进行了表征,以电感耦合等离子体发射光源(ICP-AES)为表征手段对ReO₄^--IIP的吸附分离性能进行了评价。结果表明：ReO₄^--IIP被成功...     

氢氧化镧交联壳聚糖微球的微流控制备及其除磷性能

基于微流控技术制备了氢氧化镧[La(OH)₃]交联壳聚糖（CS）微球（La-CS-M）,并对其组成和结构进行表征,探究了微球吸附去除水中磷酸盐的性能和机理。结果表明,La-CS-M成功负载了La（OH）₃,与传统滴落法制备的氢氧化镧交联壳聚糖球（La-CS）相比,其表面和内部具有疏松多孔结构,其体积平均粒径为415.8 μm,孔隙率为89.22%,平均孔径为960.0 nm,pH_pzc约为6.5。La-CS-M在宽pH范围内（3.0~10.0）均保持较高吸附量,\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}对La-CS-M吸附性能影响较Cl^-、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}以及腐殖酸（HA）明显。吸附动力学数据符合准二级动力学模型,等温吸附数据符合Langmuir模型且在pH=6.0时最大吸附量为56.48 mg/g。结合XPS表征和吸附数据推测La-CS-M的吸附机理涉及静电吸附和形成内层配合物（通过配位交换或Lewis酸碱作用）。吸附磷酸盐后La-CS-M可通过2.5 mol/L NaOH溶液实现脱附,具有良好的再生性和吸附稳定性。     

氢氧化镧交联壳聚糖微球的微流控制备及其除磷性能

基于微流控技术制备了氢氧化镧[La(OH)₃]交联壳聚糖（CS）微球（La-CS-M）,并对其组成和结构进行表征,探究了微球吸附去除水中磷酸盐的性能和机理。结果表明,La-CS-M成功负载了La（OH）₃,与传统滴落法制备的氢氧化镧交联壳聚糖球（La-CS）相比,其表面和内部具有疏松多孔结构,其体积平均粒径为415.8 μm,孔隙率为89.22%,平均孔径为960.0 nm,pH_pzc约为6.5。La-CS-M在宽pH范围内（3.0~10.0）均保持较高吸附量,\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}对La-CS-M吸附性能影响较Cl^-、\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}-}以及腐殖酸（HA）明显。吸附动力学数据符合准二级动力学模型,等温吸附数据符合Langmuir模型且在pH=6.0时最大吸附量为56.48 mg/g。结合XPS表征和吸附数据推测La-CS-M的吸附机理涉及静电吸附和形成内层配合物（通过配位交换或Lewis酸碱作用）。吸附磷酸盐后La-CS-M可通过2.5 mol/L NaOH溶液实现脱附,具有良好的再生性和吸附稳定性。     

常见离子对玉米秸秆为牺牲剂的光催化制氢影响

以玉米秸秆为牺牲剂、Pt/TiO₂为催化剂,研究玉米秸秆不同部位、不同组分以及液相环境的pH、常见阴阳离子的加入对光催化制氢的影响。利用XRD、TGA和UV-vis DRS表征玉米秸秆的组分和光吸收特性。结果表明,在pH=5~7时制氢量适中、pH<5和pH=8~10时制氢受到抑制、pH>10时制氢得到提升;强酸阴离子、强碱金属离子对该体系制氢无影响;\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}和\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{-}对制氢有不同程度的促进作用;Fe³⁺、Cu²⁺和Zn²⁺因其氧化性强弱顺序和弱电离性对制氢有不同程度的抑制作用。综合上述实验结果分析了不同离子对制氢影响规律和作用机理。     

基于NaOH溶液CO2膜吸收系统的膜结构及传质性能

碳捕集与利用技术是实现减碳目标的有效方案。膜系统气体吸收技术能够实现CO₂以\mathrm{H}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{-}、\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{2}-}形式存储在无机碱性吸收剂中,并还原成甲醇、乙醇等清洁燃料。本文采用膜单侧浸泡实验法和传质实验,分别考察了疏水性微孔滤膜聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚偏氟乙烯（PVDF）膜、聚丙烯（PP）膜在NaOH碱性溶液中的结构和CO₂传质特性的变化。结果表明,PTFE膜和PP膜在NaOH碱性溶液中溶胀率上升,孔径减小,孔隙率下降,疏水性下降,传质系数下降;PVDF膜在NaOH溶液中会发生反应,结构被破坏,传质系数接近无膜吸收,但无法起到相界面的作用,不能直接用于以NaOH为吸收剂的膜吸收系统。