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硫酸盐还原菌调控功能纳米金属硫化物制备及其性能研究

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硫酸盐还原菌调控功能纳米金属硫化物制备及其性能研究

作者：赵留辉齐鲁工业大学

学位级别：硕士

微生物在人类生产生活中发挥着重大作用,包括微生物发酵、微生物冶金等。近年来,微生物用于高性能纳米材料的制备由于其安全高效而被大量探索和利用,细菌因其多样性和对极端条件的高适应性而成为制造纳米材料的特别重要的工具。尤其是... 详细信息

微生物在人类生产生活中发挥着重大作用,包括微生物发酵、微生物冶金等。近年来,微生物用于高性能纳米材料的制备由于其安全高效而被大量探索和利用,细菌因其多样性和对极端条件的高适应性而成为制造纳米材料的特别重要的工具。尤其是金属硫化物作为常用的半导体纳米材料常常用于光催化、芬顿降解等方面的研究,其生物合成引起广泛关注,可有效解决其高能耗制备和低回收率等问题。因此,本文利用SRB的生物硫化合成过程与电流氧化反应相结合,提出了简单的一步电化学原位合成法,保持了金属硫化物的高催化性能,探究了其用于污染物降解及有害细菌治理的污水治理应用前景。本论文的主要研究成果如下:1)使用SRB培养液结合电流辅助在铜网表面原位合成了黑色的鳞片状CuS（CuS-Copper Mesh简称CSCM-SRB）。通过SEM和TEM对CSCM-SRB的微观形貌进行表征,发现通过在SRB介质中电解,可在铜网表面形成形状一致、均匀排列的鳞状CuS晶体,且CuS在铜网上的负载含量受电解参数的影响较大,最佳电流条件为电流密度3.75 m A/cm和电流时间900 s。通过XRD、XPS对铜网表面的化学组成及各元素的价态进行分析,证明了正交晶系的CuS在铜网上成功合成。此外,通过有/无SRB体系的电化学合成对比实验发现,SRB的存在及其产生的保外分泌物是在低硫离子浓度下合成CSCM-SRB的必要条件。通过条件优化,CSCM-SRB对亚甲基蓝（MB）的降解效率可达99%以上（120 min）,对***的杀菌效率接近100%（4 min）,反应过程符合准一级动力学模型。进一步对CSCM-SRB开展生物痕迹洗脱实验,通过XPS和FT-IR等分析,证明SRB吸附在CSCM-SRB上产生的有机化合物对CSCM-SRB降解MB的性能有显著促进作用。最后,提出了CSCM-SRB的类芬顿反应机理,通过自由基捕获试验结合EPR表征,证明在类芬顿反应中·O、·OH和O是主要的功能物质。2)为了解决CSCM-SRB添加量较大（1.2 cm/m L）的问题,在CSCM-SRB的制备基础上,通过使用循环伏安扫描（CV）的方法,将CuO掺杂进了CSCM-SRB（CuS/CuO-Copper Mesh简称CSOCM-SRB）。通过XRD、XPS表征,结合多晶衍射环比对,证明了立方晶系的CuO在CSCM-SRB表面成功掺杂。通过SEM和XRD的表征发现,CV各参数的变化对CuS/CuO的形貌和结晶度都有一定的影响,结合CSOCM-SRB类芬顿降解效果,得到最优的CV条件为CV循环10次、电位范围1.3-0.4 V、扫描速度10m V/s。通过对MB的降解效果的对比,证明CSOCM-SRB添加量（0.4 cm/m L）为CSCM-SRB的1/3,而降解效率为CSCM-SRB的4倍（30 min降解99%）。在添加量为0.4 cm/m L的条件下,CSOCM-SRB对***的杀菌率达到100%（4 min）。对CSOCM-SRB生物痕迹洗脱后降解性能的对比,结合FT-IR分析,证明SRB产生的生物大分子有机物质对CSOCM-SRB的性能也具有很强的促进作用。对比生物痕迹洗脱前后以及类芬顿反应前后CSOCM-SRB的XRD和XPS结果,证明生物洗脱会导致CuS与CuO结晶度发生变化,类芬顿反应会导致Cu+与Cu的相对含量发生变化,符合类芬顿反应机理。通过自由基捕获试验结合EPR表征,证明CSOCM-SRB类芬顿反应中,主要的功能物质是·O、·OH和O。最后设计了一种简单的污水处理装置,为实际环境中的应用提供了可能。综上所述,本论文利用SRB特殊的代谢特点,结合电流辅助,开发了一种在铜网上原位合成CuS和CuO的新方法,得到的材料具有高效的类芬顿降解和杀菌效果,并对其合成原理以及类芬顿降解和杀菌的机理进行了研究和解释。通过试验和表征进一步表明了SRB对材料合成的调控作用,以及SRB结合在材料上的大分子有机物对材料性能的影响,推动了SRB调控制备纳米金属硫化物的研究进展,为生物调控合成纳米金属硫化物提供了新思路。

关键词：生物合成硫酸盐还原菌功能纳米材料金属硫化物

川藏铁路昌都至林芝段对地下水环境的影响及对策

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铁道建筑 2020年第10期60卷 155-158页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

川藏铁路昌都至林芝段水文地质条件特殊且复杂多样,隧道工程可能对沿线地下水环境造成严重影响。通过调研沿线地下水环境特征发现,隧道工程施工的影响主要表现为地下水疏排对植被、湿地生态环境和居民生产生活用水的影响及地下热水、成... 详细信息

川藏铁路昌都至林芝段水文地质条件特殊且复杂多样,隧道工程可能对沿线地下水环境造成严重影响。通过调研沿线地下水环境特征发现,隧道工程施工的影响主要表现为地下水疏排对植被、湿地生态环境和居民生产生活用水的影响及地下热水、成矿带地下水疏排对受纳水体的影响,并提出相应的应对措施。隧道防排水设计应坚持“防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理”的原则。建议加强超前地质预报,建立相关地表水体监控网,结合生态修复技术、另寻水源等措施,缓解地下水疏排引发的问题;建议建立水温、水质自动化在线监控系统,加强地下热水、成矿带地下水疏排生态环境影响预警与防控技术研究,确保工程对沿线的环境影响降到最低。

关键词：川藏铁路隧道地下水环境特征防护措施

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地下线路橡胶减振垫轨道减振性能研究

铁道标准设计 2014年第8期58卷 44-47页

作者：赵留辉中铁第一勘察院设计集团有限公司西安710043

为了得到地下线路采用橡胶减振垫轨道的减振效果,建立车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元-无限元耦合模型,分别计算采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道2种工况下沿线建筑物的三向振动加速度振级。结果表明:列车运行引起的... 详细信息

为了得到地下线路采用橡胶减振垫轨道的减振效果,建立车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元-无限元耦合模型,分别计算采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道2种工况下沿线建筑物的三向振动加速度振级。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用橡胶减振垫轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为8.9 dB;采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减后增的趋势,但是差别甚小。与普通整体道床轨道相比,橡胶减振垫轨道可以降低楼板垂向加速度振级约9 dB。

关键词：整体道床轨道橡胶减振垫轨道振动减振效果

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西安至成都高速铁路朱鹮防护措施研究

铁道标准设计 2019年第3期63卷 174-177页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为了更好地保护朱鹮及确保高速列车的运营安全,掌握铁路工程建设及运营中朱鹮等鸟类与列车运营的相互影响,完善环境保护政策和铁路建设人性化设计,开展西安至成都高速铁路朱鹮防护措施研究。首先基于朱鹮生态行为特征和防护启示,选取3... 详细信息

为了更好地保护朱鹮及确保高速列车的运营安全,掌握铁路工程建设及运营中朱鹮等鸟类与列车运营的相互影响,完善环境保护政策和铁路建设人性化设计,开展西安至成都高速铁路朱鹮防护措施研究。首先基于朱鹮生态行为特征和防护启示,选取3种防护方案(防护透光板、防护板、防护网方案)和辅助驱鸟措施,开展现场试验,而后对防护措施进行分析比较,最后选取最优的防护措施在西成高铁进行施工。研究结果表明:金属编织网防护和辅助驱鸟复合措施效果最优,该防护措施具备防止朱鹮撞伤的防护效果。

关键词：西安至成都高速铁路朱鹮防护措施现场试验

分层抽样法在铁路项目水土流失监测点布局中的应用研究

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中国水土保持 2012年第6期 54-56页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

鉴于目前铁路类建设项目水土流失监测结果大多不能反映建设项目新增水土流失的现状,以天水至平凉铁路工程为例,在充分调查的基础上,通过划分监测样本,确定样本总量,利用事前分层抽样中的样本设计和抽样设计,对大型线型项目水土流失监测... 详细信息

鉴于目前铁路类建设项目水土流失监测结果大多不能反映建设项目新增水土流失的现状,以天水至平凉铁路工程为例,在充分调查的基础上,通过划分监测样本,确定样本总量,利用事前分层抽样中的样本设计和抽样设计,对大型线型项目水土流失监测点的空间布局进行了控制和优化。结果表明:天水至平凉铁路工程共需设置42个水土流失监测点,监测点分布符合铁路工程新增水土流失的规律,布局合理,优于原水土流失监测点的布局方案。

关键词：天水至平凉铁路水土流失监测分层抽样法样本监测点

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空气中氮氧化物含量测定方法探讨

科技传播 2009年第10期1卷 43-44页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

本文主要介绍了空气中氮氧化物的来源与危害,测定方法化学发光法,盐酸萘乙二胺分光光度法,传感器法,库仑原电池法,并阐述了这几种方法的原理,从优缺点、适用范围等方面进行了分析对比,为测定和防治氮氧化物提供了依据。

关键词：氮氧化物方法危害

银西高速铁路银川站南咽喉区噪声治理措施研究

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交通节能与环保 2019年第2期15卷 124-126页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

铁路两侧居民声环境质量的保护问题日益受到社会各界的关注,如何解决高速铁路噪声给人们造成的伤害,成为一个急需解决的问题。本文结合银西高速铁路银川站南咽喉区周边敏感点分布情况及建筑高度,对噪声源进行分析及预测,针对性的提出了... 详细信息

铁路两侧居民声环境质量的保护问题日益受到社会各界的关注,如何解决高速铁路噪声给人们造成的伤害,成为一个急需解决的问题。本文结合银西高速铁路银川站南咽喉区周边敏感点分布情况及建筑高度,对噪声源进行分析及预测,针对性的提出了高速铁路声屏障降噪方案,确保该区域声环境质量达标,解决了该区域的噪声问题,产生了良好的示范效应,带来了良好的社会效益。

关键词：高速铁路声屏障噪声源噪声治理措施

污水处理新技术-同步硝化反硝化生物脱氮机理及影响因素分析

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环境与发展 2009年第3期21卷 80-82,90页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

同步硝化反硝化(SND)是目前国内外污水脱氮技术研究领域的新热点。基于其高效低能耗特性,从宏观环境理论、微环境理论和生物学理论方面探讨同步硝化反硝化的脱氮机理,分析有机碳源、溶解氧、活性污泥絮体结构和pH值等因素对同步硝化反... 详细信息

同步硝化反硝化(SND)是目前国内外污水脱氮技术研究领域的新热点。基于其高效低能耗特性,从宏观环境理论、微环境理论和生物学理论方面探讨同步硝化反硝化的脱氮机理,分析有机碳源、溶解氧、活性污泥絮体结构和pH值等因素对同步硝化反硝化所产生的影响。提出有待进一步解决的问题及深入研究的技术,从而达到节能降耗并提高工艺稳定性的目的。

关键词：同步硝化反硝化宏观环境微环境生物学影响因素

兰张三四线涉及傍河饮用水水源地环保选线研究

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铁路节能环保与安全卫生 2020年第4期10卷 13-17页

作者：赵留辉中铁第一勘察设计院集团有限公司环境与设备设计处陕西西安710043

兰张三四线铁路沿线为干旱区气候,饮用水水源地与经济据点多分布于河谷区,涉及饮用水水源保护区的铁路选线工作是铁路环保选线的重点和难点,也是车站选址的重要制约因素。针对兰张三四线涉及某饮用水水源保护区的环保选线进行研究,结合... 详细信息

兰张三四线铁路沿线为干旱区气候,饮用水水源地与经济据点多分布于河谷区,涉及饮用水水源保护区的铁路选线工作是铁路环保选线的重点和难点,也是车站选址的重要制约因素。针对兰张三四线涉及某饮用水水源保护区的环保选线进行研究,结合该饮用水水源地的地形地貌、环境现状及安全因素,通过方案比选分析各方案的环境影响,重点研究车站工程选址可能产生的环境影响,提出推荐方案,总结铁路涉及饮用水水源保护区的选线原则及理念,为今后涉及此类饮用水水源保护区的铁路选线设计提供借鉴。

关键词：干旱区饮用水水源地铁路环保选线