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Hybrid energy harvesting systems for self-powered sustainable water purification by harnessing ambient energy

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2023年第10期17卷 1-16页

作者： Zhengyang Huo Young Jun Kim Yuying Chen Tianyang Song Yang Yang qingbin yuan Sang Woo Kim School of Environment and Natural Resources Renmin University of ChinaBeijing 100872China School of Advanced Materials Science and Engineering Sungkyunkwan University(SKKU)Suwon 16419Republic of Korea State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse School of the EnvironmentNanjing UniversityNanjing 210023China Institute of Scientific and Technical Information of China Beijing 100038China

The development of self-powered water purification technologies for decentralized applications is crucial for ensuring the provision of drinking water in resource-limited regions. The elimination of the dependence on external energy inputs and the attainment of self-powered status significantly expands the applicability of the treatment system in real-world scenarios. Hybrid energy harvesters, which convert multiple ambient energies simultaneously, show the potential to drive self-powered water purification facilities under fluctuating actual conditions. Here, we propose recent advancements in hybrid energy systems that simultaneously harvest various ambient energies (e.g., photo irradiation, flow kinetic, thermal, and vibration) to drive water purification processes. The mechanisms of various energy harvesters and point-of-use water purification treatments are first outlined. Then we summarize the hybrid energy harvesters that can drive water purification treatment. These hybrid energy harvesters are based on the mechanisms of mechanical and photovoltaic, mechanical and thermal, and thermal and photovoltaic effects. This review provides a comprehensive understanding of the potential for advancing beyond the current state-of-the-art of hybrid energy harvester-driven water treatment processes. Future endeavors should focus on improving catalyst efficiency and developing sustainable hybrid energy harvesters to drive self-powered treatments under unstable conditions (e.g., fluctuating temperatures and humidity).

关键词： Piezocatalysis Solar energy Waste heat Decentralized water treatment Point-of-use Nanogenerator

我国流域水环境抗生素与耐药基因的赋存及风险

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科学通报 2024年第6期69卷 759-773页

作者：袁青彬王娜郭欣妍陈则友王小龙李文李曦雷留生罗义南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室南京210023 生态环境部南京环境科学研究所南京210042 南开大学环境科学与工程学院天津300350 中国环境科学研究院北京100012

抗生素作为新污染物,被列入我国“十四五”提出的《重点管控新污染物》名单.流域水环境是抗生素的主要环境归宿,我国主要流域普遍检出了抗生素和耐药基因.因此,如何表征流域水环境抗生素的风险是对抗生素这类新污染物管控的科学前提.本... 详细信息

抗生素作为新污染物,被列入我国“十四五”提出的《重点管控新污染物》名单.流域水环境是抗生素的主要环境归宿,我国主要流域普遍检出了抗生素和耐药基因.因此,如何表征流域水环境抗生素的风险是对抗生素这类新污染物管控的科学前提.本文在综述了我国主要流域水环境抗生素的赋存特征及其造成的细菌耐药广泛传播的生态健康问题的基础上,指出了当前普遍采用的抗生素风险评估方法存在的问题,构建了基于细菌耐药的多指标抗生素风险评估技术框架.最后,提出了通过加强抗生素筛选细菌耐药的基础研究创新来支撑抗生素的风险评估,该研究为我国抗生素新污染物的治理和管控提供了科技支撑.

关键词：抗生素风险评估细菌耐药耐药基因流域水环境

江苏代表性入海河流中抗生素的分布特征及生态风险评价

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南京工业大学学报（自然科学版） 2024年第3期46卷 345-354页

作者：沈怡姜磊姜彬袁青彬张运海徐宁南京工业大学环境科学与工程学院江苏南京211800

为了探究水环境中抗生素的污染状况,采用固相萃取结合液质联用方法研究江苏代表性入海河流(栟茶运河、射阳河、苏北灌溉总渠、新沂河和灌河)表层水和悬浮物样品中16种典型抗生素的分布特征,并通过风险熵值进行生态风险评估。结果表明:在... 详细信息

为了探究水环境中抗生素的污染状况,采用固相萃取结合液质联用方法研究江苏代表性入海河流(栟茶运河、射阳河、苏北灌溉总渠、新沂河和灌河)表层水和悬浮物样品中16种典型抗生素的分布特征,并通过风险熵值进行生态风险评估。结果表明:在5条入海河流中共检出13种抗生素,罗红霉素(RXM)和林可霉素(LIN)在表层水和悬浮物中的检出率为100%。大环内酯(MLs)、磺胺(SAs)、喹诺酮(QNs)和四环素类(TCs)抗生素在表层水中的检出质量浓度分别是493.91、91.79、370.93和58.70 ng/L。在悬浮物中,MLs、SAs、QNs和TCs抗生素在检出的总质量比分别为31.19、7.15、26.94和5.16 ng/g。在空间分布上,采样点R2(射阳河)中表层水和悬浮物中的抗生素都高于其他点位。分配系数(K_(d))表明,罗红霉素和阿奇霉(AZM)的K_(d)值与其在表层水和悬浮物中的浓度呈显著相关性;冗余分析显示抗生素浓度与常规水质指标呈正相关。生态风险评估表明,采样点R1(栟茶运河)的联合风险熵值最大,呈现高风险,罗红霉素为潜在的生态风险因素。

关键词：抗生素入海河流分布特征分配行为生态风险评价

A2β-酪蛋白牛奶和普通牛奶的体外消化特性和抗氧化能力评价

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中国乳业 2024年第4期 85-90页

作者：窦佩佩张慧娟卢涵袁庆彬王世杰罗永康中国农业大学食品科学与营养工程学院北京100083 河北科技大学食品与生物学院河北石家庄050018 石家庄君乐宝乳业有限公司河北石家庄050221

[目的]研究体外模拟胃肠消化对A2β-酪蛋白牛奶和普通牛奶的分子量分布及抗氧化能力的影响。[方法]以巴氏杀菌A2β-酪蛋白牛奶、超高温灭菌A2β-酪蛋白牛奶、巴氏杀菌普通牛奶、超高温灭菌牛奶为原料,通过INFOGEST 2.0对牛奶进行体外模... 详细信息

[目的]研究体外模拟胃肠消化对A2β-酪蛋白牛奶和普通牛奶的分子量分布及抗氧化能力的影响。[方法]以巴氏杀菌A2β-酪蛋白牛奶、超高温灭菌A2β-酪蛋白牛奶、巴氏杀菌普通牛奶、超高温灭菌牛奶为原料,通过INFOGEST 2.0对牛奶进行体外模拟胃肠消化,采用SDS-PAGE、高效液相色谱仪对体外模拟胃肠消化前后的牛奶样品进行分子量分析,并对体外模拟胃肠消化后各样品的抗氧化能力进行测定。[结果]在体外模拟胃肠消化后,4种牛奶的分子量主要分布于<1000 Da组分,A2β-酪蛋白牛奶小于500 Da组分的比例显著低于普通牛奶。超高温灭菌普通牛奶、超高温灭菌A2β-酪蛋白牛奶表现出较强的铁离子还原能力和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力。[结论]本研究为各类牛奶产品的加工和功能特性提供基础数据。

关键词： A2β-酪蛋白普通牛奶体外模拟胃肠消化分子量抗氧化能力

Microvascular protective role of pericytes in melatonin-treated spinal cord injury in the C57BL/6 mice

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Chinese Medical Journal 2014年第15期127卷 2808-2813页

作者： Jing Yingli Wu qingbin yuan Xiaochen Li Bingwei Liu Mingming Zhang Xiaoyan Liu Shuying Li Hongwei Xiu Ruijuan Institute of Microcirculation Key Laboratory of MicrocirculationMinistry of Health Chinese Academy of Medical Sciences &Peking Union Medical College Beijing 100005 China

Background Pericytes,located on microvessels,help to maintain vascular stability and blood-brain barrier integrity.The influence of pericytes on microvessels after spinal cord injury （SCI） is less clear.Therefore,the aim of this study was to investigate whether pericytes took a protective effect on microvessels in melatonin-treated SCI.Methods C57BL/6 mice were randomly divided into three groups：sham group,SCI group,and melatonin group （n=27per group）.Functional recovery was evaluated using the Basso Mouse Scale.Motor neurons were observed using hematoxylin and eosin staining.Pericyte coverage was analyzed using immunofluorescence.Permeability of blood-spinal cord barrier （BSCB） was assessed by administration of Evan＇s Blue.Protein levels of occludin,aquaporin-4 （AQP4）,angiopoietin-1 （Ang1）,intercellular cell adhesion molecule-1 （ICAM-1）,Bcl-2,and Bax were determined using Western blotting.Mimicking the pathological conditions of SCI,melatonin-treated primary pericytes were subjected to oxygenglucose deprivation/reperfusion （OGD/R）.Secretion of Ang1 was analyzed using an enzyme-linked immunosorbent assay,and the expression of ICAM-1 was detected by immunofluorescence.Results Melatonin treatment improved locomotor functional outcome and rescued motor neurons.Pericyte coverage was significantly reduced after SCI; melatonin treatment alleviated the loss of pericyte coverage and rescued perfused microvessels 7 days after injury.The permeability of BSCB and loss of occludin were attenuated,and edema formation and upregulation of AQP4 were inhibited,after melatonin treatment.The expression of Ang1 and Bcl-2 was improved,while the expression of ICAM-1 and Bax was inhibited,in melatonin-treated SCl mice.Furthermore,the secretion of Ang1 was increased and the expression of ICAM-1 was inhibited in melatonin-treated pericytes after OGD/R.Conclusions Melatonin ameliorated the loss of blood vessels and disruption of BSCB to exert a protective effect on SCI,which might be mediated by increased pericyte coverage.The upregulatio

关键词： pericyte spinal cord injury microvessel blood-spinal cord barrier angiopoietin-1 melatonin

纳米氧化物对耐四环素屎肠球菌的毒性研究及机制初探

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生态毒理学报 2022年第4期17卷 545-553页

作者：高艺凡毛步云王艺程远袁青彬南京工业大学环境科学与工程学院南京211816 南京水务集团有限公司南京210000

城镇污水处理厂是废弃纳米材料在环境中重要的收纳场所,在水处理过程中存在与另一类新污染物耐药细菌及其抗性基因充分接触并相互作用的机会。尽管纳米材料对包括细菌在内的各种生物的毒性效应被普遍报道,然而对耐药细菌的毒性及风险的... 详细信息

城镇污水处理厂是废弃纳米材料在环境中重要的收纳场所,在水处理过程中存在与另一类新污染物耐药细菌及其抗性基因充分接触并相互作用的机会。尽管纳米材料对包括细菌在内的各种生物的毒性效应被普遍报道,然而对耐药细菌的毒性及风险的影响鲜有研究。本研究考察了3种污水中广泛存在的纳米氧化物对耐四环素屎肠球菌的毒性,并探索了纳米氧化物种类、粒径、浓度和在水中的赋存时间等因素的影响。结果表明,3种纳米氧化物的毒性大小为nCuO>nZnO>nTiO_(2);纳米氧化物对耐四环素屎肠球菌的毒性随浓度和粒径的提高均呈现先升高后降低的趋势,如在50 mg·L^(-1)和40 nm处nTiO_(2)毒性达到最高;赋存时间越长,纳米氧化物对耐四环素屎肠球菌的毒性越强。从影响机理看,纳米氧化物刺激显著提升了细胞膜的通透性,破坏细胞膜,导致细胞破裂死亡。本文可为阐明污水中广泛共存的纳米材料对耐药细菌的影响提供支撑。

关键词：纳米氧化物耐四环素屎肠球菌毒性通透性

益生菌饮料改善甲型副伤寒沙门氏菌诱导小鼠腹泻作用研究

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食品与发酵工业 2022年第15期48卷 98-101页

作者：薛玉玲袁庆彬冯丽莉张栋康志远王世杰石家庄君乐宝乳业有限公司河北石家庄050221 河北省发酵乳制品技术创新中心河北石家庄050221 河北科技大学生物科学与工程学院河北石家庄050018

考察嗜酸乳杆菌和动物双歧杆菌乳亚种益生菌饮料对甲型副伤寒沙门氏菌诱导的腹泻改善效果,并探究其作用机制。饲喂腹泻模型小鼠益生菌饮料原液,观察益生菌饮料对腹泻改善情况;饲喂正常小鼠沙门氏菌和益生菌饮料混合液,观察小鼠腹泻情况... 详细信息

考察嗜酸乳杆菌和动物双歧杆菌乳亚种益生菌饮料对甲型副伤寒沙门氏菌诱导的腹泻改善效果,并探究其作用机制。饲喂腹泻模型小鼠益生菌饮料原液,观察益生菌饮料对腹泻改善情况;饲喂正常小鼠沙门氏菌和益生菌饮料混合液,观察小鼠腹泻情况,检测粪便中的乳杆菌和双歧杆菌的数量,探究益生菌的竞争抑制作用;饲喂正常小鼠益生菌饮料以及菌粉,检测粪便及胃肠道组织内的乳杆菌和双歧杆菌的数量,探究益生菌的定植作用。结果显示,饲喂益生菌饮料原液的实验组腹泻模型小鼠1 d后腹泻停止,较对照小组恢复快;饲喂沙门氏菌和益生菌饮料混合液,小鼠没有出现水样便和腹泻,且5 d后的粪便中益生菌数量与对照组相近;小鼠肠道内的乳杆菌和双歧杆菌的数目均随着饲喂益生菌饮料以及菌粉时间的延长呈上升趋势。综上,益生菌饮料基于益生菌可通过竞争抑制、定植肠道等作用,改善由甲型副伤寒沙门氏菌引起的小鼠腹泻症状,对肠道起到保护作用。

关键词：益生菌腹泻甲型副伤寒沙门氏菌肠道菌群定植

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过程装备在役再制造工程理论体系

计算机集成制造系统 2019年第10期25卷 2446-2455页

作者：王庆锋高金吉袁庆斌北京化工大学机电工程学院北京100029 中国石油锦州石化分公司辽宁锦州121001

为解决因过程装备运行效率低、可靠性差、装备与过程匹配性差且缺乏健康能效监测诊断造成的巨大经济损失,大力发展和实施过程装备在役再制造非常必要。针对在役再制造理论研究不充分问题,丰富和完善了在役再制造工程内涵,设计了在役再... 详细信息

为解决因过程装备运行效率低、可靠性差、装备与过程匹配性差且缺乏健康能效监测诊断造成的巨大经济损失,大力发展和实施过程装备在役再制造非常必要。针对在役再制造理论研究不充分问题,丰富和完善了在役再制造工程内涵,设计了在役再制造工程化路线图,梳理研究了在役再制造关键支撑技术,形成了在役再制造理论体系框架。可在役再制造性评价是实施在役再制造的前提,以某炼油厂催化裂化装置反再系统及主风烟气能量回收三机组工艺及关键设备自控联锁系统个性化再设计为例,采用故障自愈化和自适应调控技术实施在役再制造,提高了催化裂化装置的运行安全性、运行可靠性、装备与过程和谐性,验证了在役再制造理论、方法的可行性和有效性。

关键词：在役再制造工程监测诊断装备与过程匹配性可在役再制造性评价个性化再设计

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纳米氧化物降低屎肠球菌对四环素的耐受能力

环境科学与技术 2022年第8期45卷 24-30页

作者：林群超王艺施慧敏侯高林张熠璨袁青彬南京工业大学环境科学与工程学院江苏南京211816

纳米材料的大量生产和使用使其在环境中广泛存在,其生态环境效应受到广泛关注。在污水处理过程中,纳米材料和另一类新污染物——耐药细菌及其基因充分接触和相互作用,但对纳米材料如何影响耐药细菌的研究却十分有限。该研究考察了4种纳... 详细信息

纳米材料的大量生产和使用使其在环境中广泛存在,其生态环境效应受到广泛关注。在污水处理过程中,纳米材料和另一类新污染物——耐药细菌及其基因充分接触和相互作用,但对纳米材料如何影响耐药细菌的研究却十分有限。该研究考察了4种纳米氧化物(nTiO_(2)、nCuO、nZnO和nAl_(2)O_(3))对污水中耐四环素屎肠球菌的耐受抗生素能力的影响,并探索了纳米氧化物浓度、粒径和赋存时间等因素的影响机制。结果表明,所有纳米氧化物均造成耐四环素屎肠球菌EC_(50)(四环素的耐受能力)显著下降,其中nTiO_(2)(100 mg/L)、nCuO(100 mg/L)对耐四环素屎肠球菌耐药能力的影响较大,使EC_(50)下降44.1%和41.6%,而nZnO(10 mg/L)、nAl_(2)O_(3)(10 mg/L)使EC_(50)下降较小(36.9%和24.8%);纳米氧化物浓度越高,颗粒粒径越大,在污水中赋存时间越长,对耐四环素屎肠球菌EC_(50)下降的影响越显著。纳米氧化物溶解释放的金属离子具有毒性,与耐药细菌接触后诱导细胞产生应激反应破坏细胞膜,细胞通透性提高,抗生素更容易进入,因此细菌对抗生素的耐受能力下降。

关键词：耐药细菌金属纳米氧化物半抑制浓度细胞膜通透性