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双氧水协同凤眼莲控制藻华及其改善水质效果与机制研究

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双氧水协同凤眼莲控制藻华及其改善水质效果与机制研究

作者：孙维民江苏大学

学位级别：硕士

藻类水华是世界范围内的水环境污染问题,在全球变暖、大气CO浓度逐渐升高等因子的驱动下,各类藻华暴发的频率、强度以及持续时间均有升高趋势,其中又以蓝藻水华居多,严重影响水生态系统,因而蓝藻水华的防控已逐渐成为一个广受关注的热... 详细信息

藻类水华是世界范围内的水环境污染问题,在全球变暖、大气CO浓度逐渐升高等因子的驱动下,各类藻华暴发的频率、强度以及持续时间均有升高趋势,其中又以蓝藻水华居多,严重影响水生态系统,因而蓝藻水华的防控已逐渐成为一个广受关注的热点。双氧水(HO)因其分解产物(HO和O)无毒害、不引入新的污染物等优点,被认为是一种环境友好型应急除藻措施。但藻华死亡后释放氮磷等营养物质至水柱中,水体营养负荷仍处较高水平,而防控藻华最根本有效的方法是削减水体氮磷等营养负荷。在凤眼莲安全控养与资源化利用技术日趋成熟的今天,利用凤眼莲削减水体氮磷营养负荷具有很好的应用前景。因此,本研究协同应急除藻(HO除藻)与长效除藻(水生植物控藻)两种技术,开展双氧水协同凤眼莲控制藻华及其改善水质效果与机制研究,通过协同模式的优势互补,在实现蓝藻水华快速消杀的同时,达到水体氮磷的有效去除,最终实现蓝藻水华防控与水质改善的双重目标。主要研究内容和研究结果如下:(1)以蓝藻、裸藻为研究对象,探讨了消杀藻华的双氧水浓度阈值。设置不同梯度浓度的HO进行处理,研究发现HO对水柱中的藻类有很好的去除效果,且随着HO浓度的升高,水体中羟基自由基(·OH)增多,除藻效果愈加明显。结果表明:15 mg/L的HO处理4 h后蓝藻的光合活性下降了75%,且24 h内无明显恢复迹象,24 h后叶绿素a浓度下降了88%;60 mg/L HO处理4 h后裸藻的光合活性接近0,24 h内无恢复,24 h后其叶绿素a浓度下降了54%。因我国湖泊河流暴发藻华多以蓝藻为主,所以选用15 mg/L的HO开展后续协同控藻与水质改善实验。(2)室内纯培养铜绿微囊藻(FACHB-7806)模拟实验研究结果表明,与对照组(只添加藻液)相比,HO处理组、凤眼莲处理组、HO+凤眼莲处理组的除藻及水质改善效果存在显著差异。其中,单一HO(15mg/L)组短期效果最佳,4 h后Fv/Fm值趋于0,48 h后叶绿素a浓度下降了69%,但48 h后HO完全分解,不再有抑藻效果,氮磷去除量分别为13.23%、20.29%,与对照相比无显著差异;单一凤眼莲组、HO+凤眼莲组的长期除藻及水质改善效果更好,28 d结束时叶绿素a的去除率达98%,对水柱中总氮、总磷的去除率在79%、68%以上,其中HO+凤眼莲组4 h后对藻细胞Fv/Fm的抑制率达到71%,短期除藻效果优于单一凤眼莲组。HO协同凤眼莲能够有效除藻并净化水质,值得深入研究。(3)HO与凤眼莲协同模式去除高浓度蓝藻水华与水质净化效果的实验结果表明:单独使用HO处理情况下,前72 h的除藻效果较好;单独使用凤眼莲,在96 h内除藻效果不显著;HO+凤眼莲处理模式下,72-96 h时段的除藻效果较好。研究发现,单独使用HO处理的水体NO-N、NH-N、PO-P浓度较对照组显著升高,藻华再次暴发的风险较高;HO+凤眼莲处理对叶绿素a的去除率为75%,对TN、TP去除率分别约为54%、36%;此外,通过微生物多样性分析发现,HO+凤眼莲处理模式下,对蓝藻的去除效果较显著,且微生物群落多样性显著提高。因此,通过对自然水体中藻华防控的模拟研究与实验室存培养蓝藻结论一致,即HO协同凤眼莲可有效控制蓝藻水华并改善水质。(4)在以上研究的基础上进行协同除藻模式的条件优化,进一步提高实用性,结果表明:投加HO处理蓝藻8 h后再放入凤眼莲表现出更好的除藻效果,且光照条件下HO的除藻效果更显著;微生物群落多样性及丰度均有显著提高,第一优势菌群变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度增加,更有利于降解氮磷等污染物;72 h后各处理组对水体总氮、总磷的去除率分别在30%、35%以上,能够有效降解水体污染物。(5)室内纯培养蓝藻实验(本文第三章)结果表明,实验结束(28 d)时,单一凤眼莲组合HO+凤眼莲组中凤眼莲吸收的氮磷占水体已去除氮磷的77%、68%以上。河道蓝藻实验结果表明(本文第五章),其中凤眼莲吸收转化作用对氮磷去除量的贡献率分别在73%、57%以上。两组实验表现出的趋势一致,即凤眼莲吸收转化作用是水体氮磷去除的最主要途径,HO协同凤眼莲模式兼具除藻与水质净化效果,更具实用性。

关键词：蓝藻水华双氧水凤眼莲水体修复氮磷

Al_2O_3/Ti_2AlN复合材料的高温抗氧化行为

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稀有金属材料与工程 2018年第9期47卷 2717-2722页

作者：郑卓孙维民刘正沈阳工业大学辽宁沈阳110870

利用综合热分析仪、扫描电镜背散射电子(BSE)和能谱分析(EDS)对Al_2O_3/Ti_2AlN复合材料在900、1000和1100℃空气中连续氧化20 h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明:Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,... 详细信息

利用综合热分析仪、扫描电镜背散射电子(BSE)和能谱分析(EDS)对Al_2O_3/Ti_2AlN复合材料在900、1000和1100℃空气中连续氧化20 h后的氧化增重及氧化层截面进行了研究。结果表明:Al2O3/Ti2AlN复合材料在空气中的氧化行为符合抛物线规律,在900、1000和1100℃,20 h氧化增重分别为2.78×10^(-2)、10.4×10^(-2)和21.9×10^(-2)kg/m^2,抛物线速率常数相应为1.08×10^(-8)、1.44×10^(-7)和6.56×10^(-7) kg^2/m^4·s,氧化激活能为274 kJ/mol。氧化层主要由TiO2和Al2O3组成的,连续的Al_2O_3次外层可以提高其抗氧化性能。氧化层结构的改变是由于氧化温度对Ti^(4+)、Al^(3+)由基体表面向外扩散和O^(2-)向内扩散的影响,以及TiO_2和Al_2O_3在不同温度下的形核生长速率导致的。对Al_2O_3/Ti_2AlN而言,控制材料与氧化气氛的界面是提高该材料抗氧化性能的关键。

关键词：复合材料 Al2O3 Ti2AlN 氧化行为

热等静压原位生成Al_2O_3颗粒强化Ti_4AlN_3复合材料

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稀有金属材料与工程 2016年第7期45卷 1811-1815页

作者：郑卓孙维民刘正沈阳工业大学辽宁沈阳110870

利用Al_3Ti/Ti N纳米复合粉体在1280℃/150 MPa/1 h热等静压条件下,制备出Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料。利用XRD、SEM和TEM研究复合材料的形貌及成分。研究表明,复合材料主要由片层结构的Ti_4Al N_3基体和Al_2O_3颗粒增强相组成。Ti_4Al... 详细信息

利用Al_3Ti/Ti N纳米复合粉体在1280℃/150 MPa/1 h热等静压条件下,制备出Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料。利用XRD、SEM和TEM研究复合材料的形貌及成分。研究表明,复合材料主要由片层结构的Ti_4Al N_3基体和Al_2O_3颗粒增强相组成。Ti_4Al N_3基体的平均晶粒尺寸为7μm;Al_2O_3颗粒的弥散分布,形状不规则,粒度在1~3μm,体积分数约为27%。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料的强化机制为细晶强化和第二相粒子强化。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料与单相的Ti_4Al N_3材料相比,显微硬度从2.5GPa提高到6.7 GPa,室温下最大抗压缩强度从450 MPa提高到1 800 MPa,最大压缩应变由4%提高到6.2%。

关键词：复合材料 Al_2O_3 Ti_4AlN_3 热等静压

Cu-30%Ag复合纳米粉的制备及其导电性能

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功能材料 2011年第12期42卷 2281-2284页

作者：孙维民赵丽军史桂梅沈阳工业大学理学院辽宁沈阳110870

用气-液两相稳定法在H2+He混合气氛中制备了Cu-30%(质量分数)Ag复合纳米粉,并用制备的复合纳米粉作为导电相配制了导电浆料。用XRD、HRTEM、DSC-TG、红外光谱、化学分析、氧含量分析和电阻率测定等手段研究了粉体的相结构、表面组成、... 详细信息

用气-液两相稳定法在H2+He混合气氛中制备了Cu-30%(质量分数)Ag复合纳米粉,并用制备的复合纳米粉作为导电相配制了导电浆料。用XRD、HRTEM、DSC-TG、红外光谱、化学分析、氧含量分析和电阻率测定等手段研究了粉体的相结构、表面组成、形貌、粒度、氧化特性和导电性。结果表明制备的复合纳米颗粒具有壳核结构,核为纳米Cu-30%(质量分数)Ag,壳为二乙二醇丁醚醋酸酯分子层和氧化层双层结构,粉体的粒度分布为10～60nm。在空气中,包覆在复合纳米粒子表面的二乙二醇丁醚醋酸酯分子在200℃左右脱附。在温度低于200℃时,气-液两相稳定法制备的复合纳米粉的抗氧化能力比气相稳定法制备的复合纳米粉的抗氧化能力好。Cu-30%(质量分数)Ag复合纳米粉导电浆料在烧结温度200℃、保温时间50min、真空度为5Pa条件下可获得电阻率为(1.56～3.92)×10-4Ω.cm的导电膜。

关键词： Cu-30%(质量分数)Ag复合纳米粉稳定化处理二乙二醇丁醚醋酸酯壳核结构导电性能

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Fe-TiC复合纳米粉体的制备和氧化特性

功能材料 2007年第8期38卷 1373-1376页

作者：孙维民郑卓刘正沈阳工业大学理学院辽宁沈阳110023 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110023

用电弧放电法在H2+CH4+Ar的混合气氛中蒸发Fe-Ti合金制备了Fe-TiC复合纳米粉体。用XRD、TEM、DSC-TG、化学分析和氧含量分析等手段对样品进行了分析。结果表明,粉体由Fe、TiC和少量Fe3C组成,复合粒子的形态主要有哑铃形和多面体形,复合... 详细信息

用电弧放电法在H2+CH4+Ar的混合气氛中蒸发Fe-Ti合金制备了Fe-TiC复合纳米粉体。用XRD、TEM、DSC-TG、化学分析和氧含量分析等手段对样品进行了分析。结果表明,粉体由Fe、TiC和少量Fe3C组成,复合粒子的形态主要有哑铃形和多面体形,复合粒子的生成机制遵寻VLS机制。在室温大气条件下,粉体中TiC相的含量越高则抗氧化性越好。在流动空气中,温度高于330℃时样品氧化明显加快,在410℃左右,TiC纳米粒子氧化分解。

关键词：直流电弧 Fe-TiC 复合纳米粉体氧化特性

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Al_3O_3N纳米线的制备与表征

物理学报 2005年第1期54卷 450-453页

作者：李志杰潘学铃孙维民曲家惠王福东北大学材料与冶金学院沈阳110004 辽宁大学物理系沈阳110036 沈阳工业大学理学院沈阳110023

在H2 +Ar混合气氛中加入少许N2 +O2 气氛 ,采用直流电弧等离子体法制备了Al3O3N纳米线 .用XRD ,SEM ,TEM ,HRTEM测定了纳米线的成分、形貌特征、显微结构等 .Al3O3N纳米线直径分布为 2 5— 110nm ,长度达 5 5 μm .Al3O3N纳米线是尖晶... 详细信息

在H2 +Ar混合气氛中加入少许N2 +O2 气氛 ,采用直流电弧等离子体法制备了Al3O3N纳米线 .用XRD ,SEM ,TEM ,HRTEM测定了纳米线的成分、形貌特征、显微结构等 .Al3O3N纳米线直径分布为 2 5— 110nm ,长度达 5 5 μm .Al3O3N纳米线是尖晶石结构 .另外 ,对Al3O3N纳米线的生长机理进行了研究 .

关键词：纳米线制备与表征 HRTEM SEM XRD 混合气生长机理显微结构长度气氛

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凤眼莲和双氧水协同抑藻及改善水质效果研究

环境科学与技术 2022年第11期45卷 98-104页

作者：孙维民张志勇秦红杰张迎颖高胜寒江苏省农业科学院农业资源与环境研究所江苏南京210014 广东省农业科学院环境园艺研究所广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室广东广州510640 江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部长江下游平原农业环境重点实验室江苏南京210014 国家农业环境六合观测实验站江苏南京210014 农业农村部华南都市农业重点实验室广东广州510640

为了探明双氧水(H_(2)O_(2))和凤眼莲协同作用下去除蓝藻水华以及净化水质的效果,该文通过室内模拟实验分别研究了双氧水、凤眼莲及其组合处理对纯培养铜绿微囊藻的抑制作用和去除水体氮、磷的效果与主要机制。结果表明,H_(2)O_(2)处理... 详细信息

为了探明双氧水(H_(2)O_(2))和凤眼莲协同作用下去除蓝藻水华以及净化水质的效果,该文通过室内模拟实验分别研究了双氧水、凤眼莲及其组合处理对纯培养铜绿微囊藻的抑制作用和去除水体氮、磷的效果与主要机制。结果表明,H_(2)O_(2)处理组、凤眼莲处理组、H_(2)O_(2)+凤眼莲处理组对铜绿微囊藻(FACHB-7806)的抑制及对水质的改善效果存在显著差异,其中H_(2)O_(2)(15 mg/L)处理组短期抑藻效果最佳,48 h后叶绿素a浓度下降了69%,铜绿微囊藻光合系统Ⅱ的最大光量子产量(F_(v)/F_(m))显著降低,4 h后F_(v)/F_(m)值趋于0,且48 h内无明显恢复,此后因H_(2)O_(2)完全分解而不再有抑藻效果,导致7 d后铜绿微囊藻的光合活性缓慢恢复;凤眼莲处理组48 h内对铜绿微囊藻光合活性无显著抑制效果,但7 d后铜绿微囊藻的光合活性逐渐下降,实验结束时(28 d)叶绿素a浓度下降了98%;H_(2)O_(2)(15 mg/L)+凤眼莲处理组4 h后对藻细胞F_(v)/F_(m)的抑制率达到最大为71%,实验结束时叶绿素a浓度下降了98%。H_(2)O_(2)+凤眼莲组对水柱中总氮、总磷的去除率分别达81.97%和73.63%,其中凤眼莲自身吸收的氮、磷量分别占去除总量的77.5%和69.8%,可见,本实验条件下植物吸收作用是系统内氮、磷去除的主要途径。而H_(2)O_(2)处理组的氮磷去除量分别为13.23%、20.29%,与对照相比无显著差异。因此,在铜绿微囊藻水华应急处理时可以适量投加H_(2)O_(2),而后续在此基础上安全控养适量凤眼莲则有助于长效控藻和改善水质。

关键词：铜绿微囊藻水华 H_(2)O_(2) 凤眼莲抑藻氮磷去除

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大跨径桥墩对河道流态影响的数值模拟分析

山东水利 2022年第12期 51-52,55页

作者：于浩尚华孙维民水发规划设计有限公司山东济南250000 山东大禹水务建设集团有限公司山东济南250000

以鲁南高铁跨沂河特大桥为例,研究大跨径桥墩布置对河道流态的影响。分别设计4组不同跨径、不同角度桥墩的布置方案,数值模拟工程前后的河道河势、水位变化情况,分析不同方案对河道壅水、流态、河势稳定等影响,以期为后期工程实际应用... 详细信息

以鲁南高铁跨沂河特大桥为例,研究大跨径桥墩布置对河道流态的影响。分别设计4组不同跨径、不同角度桥墩的布置方案,数值模拟工程前后的河道河势、水位变化情况,分析不同方案对河道壅水、流态、河势稳定等影响,以期为后期工程实际应用提供理论支撑。

关键词：数学模型大跨径桥墩布置水力计算

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松油醇包覆Cu-Ag复合纳米粉的氧化特性

复合材料学报 2007年第4期24卷 71-75页

作者：孙维民史桂梅徐东年刘正沈阳工业大学理学院沈阳110023 沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110023

用气-液两相稳定法制备了Cu-Ag复合纳米粉。并用XRD、HRTEM、DSC-TG、红外光谱、化学分析和氧含量分析等手段研究了粉体的相结构、表面组成、形貌、粒度分布和氧化特性。结果表明,Cu-Ag复合纳米颗粒具有壳核结构,核为纳米Cu-Ag,壳为厚度... 详细信息

用气-液两相稳定法制备了Cu-Ag复合纳米粉。并用XRD、HRTEM、DSC-TG、红外光谱、化学分析和氧含量分析等手段研究了粉体的相结构、表面组成、形貌、粒度分布和氧化特性。结果表明,Cu-Ag复合纳米颗粒具有壳核结构,核为纳米Cu-Ag,壳为厚度10 nm左右的松油醇（C10H18O）分子层和氧化层双层结构,粉体的粒度分布为20-150 nm。在空气中,220℃包覆在Cu-Ag复合纳米粒子表面的松油醇分子开始氧化,进而导致Cu-Ag复合纳米粒子在340℃左右迅速氧化,680℃左右Cu-Ag复合纳米粒子完全氧化。温度低于220℃时,气-液两相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力比气相稳定法制备的Cu-Ag复合纳米粉的抗氧化能力好。

关键词：松油醇稳定化处理 Cu-Ag复合纳米粉壳核结构氧化特性