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污泥水热炭化中碳氮固定率的影响因素分析

农业工程学报 2014年第4期30卷 168-175页

作者：王定美袁浩然王跃强余震周顺桂广东省生态环境与土壤研究所中国科学院广州能源研究所

为探究污泥水热炭化工艺中碳和氮固定率与影响因素间的关系,采用三因素三水平Box-Behnken试验设计,拟合响应面模型,研究了水热温度(150～250℃)、含固率(5%～15%)、反应时间(2～6 h)与污泥水热炭化工艺中碳氮固定率的关系。结果表明,多... 详细信息

为探究污泥水热炭化工艺中碳和氮固定率与影响因素间的关系,采用三因素三水平Box-Behnken试验设计,拟合响应面模型,研究了水热温度(150～250℃)、含固率(5%～15%)、反应时间(2～6 h)与污泥水热炭化工艺中碳氮固定率的关系。结果表明,多元二次方程可用于描述碳和氮的固定率与上述影响因素间的定量关系(R2分别为0.9925和0.9903)。污泥水热炭化中碳与氮固定率分别为36.6%～52.9%和20.4%～42.5%。水热温度与反应时间对碳和氮固定率均呈负相关,含固率则呈正相关。3个因素对碳固定率的显著影响(p含固率>反应时间,而氮固定率仅受水热温度的显著影响(p固定水平(≥50%),而降低水热温度是获得较高氮固定率的关键。该研究结果可为水热炭化技术应用于污泥处理领域提供参考。

关键词：污泥处理炭化温度碳固定氮固定响应面

钨原子掺杂的Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料在全光谱氮气光固定中的应用

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第1期32卷 233-250页

作者：李琪徐佶粱王三妹喻开富竹文坤侯婷婷张蓝天张文华梁叔全王梁炳中南大学材料科学与工程学院长沙410083 西南科技大学环境友好型能源材料国家重点实验室绵阳621010 中国科学技术大学材料科学与工程系中国科学院能量转换材料重点实验室合肥230026

将W原子掺杂到Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料中,成功制备具有全光谱氮气光固定催化活性的W/Ti_(3)C_(2)T_(x)-U光催化剂。在室温且无任何牺牲剂条件下,该催化剂作用下NH_(3)产率高达228μmol/(g·h)。对W掺杂及超声插层处理对MXene材料催... 详细信息

将W原子掺杂到Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene材料中,成功制备具有全光谱氮气光固定催化活性的W/Ti_(3)C_(2)T_(x)-U光催化剂。在室温且无任何牺牲剂条件下,该催化剂作用下NH_(3)产率高达228μmol/(g·h)。对W掺杂及超声插层处理对MXene材料催化性能的影响进行研究。采用扫描透射电子显微镜、电子自旋共振波谱、X射线光电子能谱、紫外-可见分光光度计、程序升温化学吸附分析仪及密度函数理论计算等多种方式对所得到的催化剂进行表征及研究。结果表明:Ti_(3)C_(2)T_(x)Mxene可收集紫外-可见光和近红外光以生成热电子;掺杂的W原子作为活性中心,向N_(2)分子的反键轨道贡献电子,使N≡N的键长增加,从而促进N_(2)分子的吸附和活化。

关键词：氮固定光催化 MXene 钨全光谱

钴基非均相催化剂在光催化水分解、二氧化碳还原和氮还原的研究进展与展望

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Chinese Journal of Catalysis 2022年第9期43卷 2273-2300页

作者：孙万军朱佳玉张美玉孟翔宇陈梦雪冯钰陈新龙丁勇兰州大学化学化工学院功能有机分子化学国家重点实验室甘肃省先进催化重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室甘肃兰州730000 甘肃民族师范学院化学与生命科学系甘肃合作747000

利用大自然丰富的太阳能驱动水、二氧化碳或氮气转化为高附加值燃料(如H_(2),CO,CH_(4),CH_(3)OH或NH_(3)等),实现人工光合成,将储量丰富的太阳能转化为可利用的清洁化学能源,被认为是解决能源短缺和环境问题的关键技术之一,能够有效缓... 详细信息

利用大自然丰富的太阳能驱动水、二氧化碳或氮气转化为高附加值燃料(如H_(2),CO,CH_(4),CH_(3)OH或NH_(3)等),实现人工光合成,将储量丰富的太阳能转化为可利用的清洁化学能源,被认为是解决能源短缺和环境问题的关键技术之一,能够有效缓解能源危机和全球变暖,极具应用前景.因此,各种类型的光催化剂相继被开发出来,以满足光催化的需求.其中钴基多相催化剂是最有前途的光催化剂之一,它可以通过扩大光吸收范围、促进电荷分离、提供活性位点和降低反应能垒等途径有效提高光催化效率,为太阳能燃料转化利用开辟广阔的前景.本文首先介绍了光催化水分解、CO_(2)还原和N_(2)还原的基本原理.然后,总结了基于钴基催化剂的改性策略,包括形貌、晶面、结晶度、掺杂和表面修饰,重点讨论了钴基多相材料在水分解(产氢、产氧和全解水)、二氧化碳还原以及氮还原领域的光催化进展.最后,对钴基光催化剂当前面临的挑战和未来的发展作了展望和总结.提出了钴基光催化剂未来的一些研究方向.包括:(1)基于材料光催化体系的设计构建和构效关系研究,深入探索和探究催化活性位点,并对不同类型的活性规律进行整合,从而进一步理解水氧化、氢气生成、二氧化碳还原和氮还原的基本反应规律.(2)作为可持续能源研究的最终目标,应该更多地关注在不使用牺牲剂和外加偏压的情况下,有效地实现光催化全水分解、二氧化碳还原和氮还原.(3)尽快建立统一的光催化水分解、二氧化碳还原和氮还原的性能(活性、稳定性、表观量子效率和太阳制氢(或制氨)转换效率)评价标准.(4)发展原位表征技术来观察钴基光催化剂的界面电荷动力学以及真实的反应机理.综上,本综述能够为钴基和其他相关光催化材料的高效设计提供借鉴.

关键词：光催化钴基多相催化剂水分解二氧化碳还原氮固定

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豆科植物-根瘤菌固氮系统及其碳氮互作

中国草地学报 2023年第11期45卷 119-135,144页

作者：陆保福康文娟师尚礼关键南攀马瑞宏甘肃农业大学草业学院草业生态系统教育重点实验室甘肃兰州730070

根瘤菌是好氧型异养微生物,与豆科植物共生形成根瘤后可将N2转化为氨提供给植物,并消耗豆科植物光合作用产物。在豆科植物与根瘤菌共生过程中,根瘤菌侵染植物后在根瘤内分化为类菌体,类菌体将N2转化为不同类型的氨类物质提供给植物,与... 详细信息

根瘤菌是好氧型异养微生物,与豆科植物共生形成根瘤后可将N2转化为氨提供给植物,并消耗豆科植物光合作用产物。在豆科植物与根瘤菌共生过程中,根瘤菌侵染植物后在根瘤内分化为类菌体,类菌体将N2转化为不同类型的氨类物质提供给植物,与此同时,植物将光合作用的主要产物蔗糖转化为二羧酸盐(苹果酸盐为主)的碳源形式,为共生固氮及根瘤菌自身发育提供能源与动力。对豆科植物-根瘤菌共生系统中根瘤菌侵染过程、氮的转化与利用、氮碳代谢途径、氮碳互作关系进行综述,又对紫花苜蓿-根瘤菌共生系统中脂肪酸的合成、分解和利用以及脂肪酸能否作为氮代谢的能源进行了探讨,以期为苜蓿与根瘤菌共生系统间的能量信息传递提供理论依据,为提高共生系统固氮效率奠定坚实基础。

关键词：豆科植物根瘤菌氮固定氮分配氮碳互作脂肪酸

Reductive dechlorination of polychlorinated biphenyls is coupled to nitrogen fixation by a legume-rhizobium symbiosis

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中国科学：地球科学英文版 2018年第3期61卷 285-291页

作者： Chen TU Yongming LUO Ying TENG Peter CHRISTIE Key Laboratory of Coastal Environmental Processes and Ecological Remediation Yantai Institute of Coastal Zone ResearchChinese Academy of Sciences Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation Institute of Soil ScienceChinese Academy of Sciences

Chlorinated persistent organic pollutants, including polychlorinated biphenyls(PCBs), represent a particularly serious environmental problem and human health risk worldwide. Leguminous plants and their symbiotic bacteria(rhizobia) are important components of the biogeochemical cycling of nitrogen in both agricultural and natural ecosystems. However, there have been relatively few detailed studies of the remediation of PCB-contaminated soils by legume-rhizobia symbionts. Here we report for the first time evidence of the reductive dechlorination of 2,4,4′-trichlorobiphenyl(PCB 28) by an alfalfa-rhizobium nitrogen fixing symbiont. Alfalfa(Medicago sativa L.) inoculated with wild-type Sinorhizobium meliloti had significantly larger biomass and PCB 28 accumulation than alfalfa inoculated with the nitrogenase negative mutant rhizobium Sm Y. Dechlorination products of PCB 28, 2,4′-dichlorobiphenyl(PCB 8), and the emission of chloride ion(Cl-) were also found to decrease significantly in the ineffective nodules infected by the mutant strain Sm Y. We therefore hypothesize that N2-fixation by the legume-rhizobium symbiont is coupled with the reductive dechlorination of PCBs within the nodules. The combination of these two processes is of great importance to the biogeochemical cycling and bioremediation of organochlorine pollutants in terrestrial ecosystems.

关键词：苜蓿根瘤菌共生细菌氮固定聚氯联苯印刷电路板氯化物离子污染物质生态系统

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

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植物生态学报 2021年第3期45卷 286-297页

作者：李强黄迎新周道玮丛山中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林省草地畜牧重点实验室长春130102

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式,影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制,该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦... 详细信息

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式,影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制,该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中,进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果:依赖于豆科物种,氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化,降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下,氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%–36%,生物固氮率平均下降20%–33%。磷添加降低了根际的磷活化,但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下,磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%–69%和0–47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率,其原因是氮添加提高了植物磷需求,为活化更多磷,豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量,导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加,能够改善土壤氮磷平衡,促进根系生长和非结构性碳水化合物积累,缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。

关键词：氮固定磷活化豆科饲草根际根瘤共生

Complete genome sequence of a novel bacteriophage infecting Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110

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Science China(Life Sciences) 2018年第1期61卷 118-121页

作者： Junjie Liu Hao Yu Yong Huang Zhenhua Yu Guoquan Fan Jian Jin Xiaobing Liu Guanghua Wang Key Laboratory of Mollisols Agroecology Northeast Institute of Geography and Agroecology Chinese Academy of Sciences State Key Laboratory of Pathogen and Biosecurity Beijing Institute of Microbiology and Epidemiology Virus-free Seedling Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences

Dear Editor,The nitrogen-fixing symbiotic bacteria, rhizobia are the most important beneficial bacteria in soil, as they form nodules with host legume plants to fix nitrogen to maintain soil fertility and facilitate plant growth. Although these bacteria are critically important to agriculture, bacteriophages of rhizobia (rhizobiophages) are commonly present in soils, rhizosphere,and nodules, which have major influences on the composition and population of rhizobia in soils and affect nodulation and nitrogen fixation. Despite the importance of rhizobiophages,only 23 phage full genomes have been sequenced.

关键词：染色体抗菌素感染共生细菌植物生长氮固定土壤噬菌体

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市政污水污泥热解特性及其氮排放控制研究

市政污水污泥热解特性及其氮排放控制研究

作者：陈培骜华中科技大学

学位级别：硕士

污泥热解技术能够转化污泥中的污染物与病原体,实现能量回收以及高价值物质的提取,但污泥中氮含量较高,热解过程中含氮挥发分的排放会造成环境的污染。为了提高热解技术处理市政污水污泥的可行性,本文首先研究了市政污水污泥的热解特性... 详细信息

污泥热解技术能够转化污泥中的污染物与病原体,实现能量回收以及高价值物质的提取,但污泥中氮含量较高,热解过程中含氮挥发分的排放会造成环境的污染。为了提高热解技术处理市政污水污泥的可行性,本文首先研究了市政污水污泥的热解特性和氮转化路径;以此为基础,以强化热解过程羰基和氨基交互反应为出发点,探究了生物质与污泥共热解对热解产物、氮转化和氮固定的作用机制;为了进一步提升固氮效果,提出了生物炭高温吸收思路,最终得到较优固氮方案。首先通过固定床热解实验探究了不同产地市政污水污泥的热解特性;随后通过固定床实验和快速裂解气相色谱-质谱联用仪(PY-GC/MS)探究了热解温度与升温速率对市政污泥热解产物的影响,并分析氮转化路径。发现不同产地污泥中含量较多的前五种氨基酸相同,氮在热解过程中逐渐向杂环转化,在500～700℃,热解炭中氮的主要存在形式为吡啶氮。500℃时,武汉污泥单独热解炭的固氮率为34.30%。对于生物质与市政污水污泥共热解以实现氮固定的方法研究,发现纤维素会促进热解炭中吡咯与吡啶氮的生成,提高固氮率;在此基础上,探究了生物质添加种类、升温速率的影响。发现污泥与生物质共热解能提高热解油产率,促进CH的产生,污泥中氨基酸会与生物质中的综纤维素反应生成吡咯和吡啶氮,添加30%甘蔗渣与污泥共热解更为合适,其对不同产地污泥均能提高固氮率,提升幅度可达23.77%。对于生物炭高温固相吸收含氮挥发分的方法研究,首先对大豆蛋白进行热重红外(TG-FTIR)实验与两段式固定床实验,发现吸收温度在700℃时最优,氮以氮氧化物和吡咯氮的形式固定;随后通过KHPO改性生物炭发现改性后生物炭使含氮挥发分更多以氮氧化物的形式固定,浸渍比例为5%时,第二段固氮率最高为8%。最终得出污水污泥与生物质共热解耦合生物炭高温吸收的最优方案:30 wt.%甘蔗渣与70 wt.%污泥在500℃共热解,挥发分由5%KHPO改性的生物炭在700℃高温固相吸收,能够获得47.65%的最高固氮率,相比单独热解固氮率提升了39%。

关键词：市政污水污泥生物质热解特性共热解氮固定固相吸收

内蒙古黑岱沟露天煤矿植被恢复区生物土壤结皮的固氮潜力

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应用生态学报 2016年第2期27卷 436-444页

作者：张鹏黄磊胡宜刚赵洋吴泳辰中国科学院寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站兰州730000 甘肃农业大学资源与环境学院兰州730070

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和... 详细信息

氮素限制在陆地生态系统中普遍存在,在干旱受损生态系统中表现得尤为明显.生物土壤结皮是干旱、半干旱区受损生态系统植被恢复过程中的重要组成部分和氮源贡献者.以黑岱沟露天煤矿植被恢复区广泛分布的两类典型生物土壤结皮(藻类结皮和藓类结皮)为研究对象,通过野外调查采集样品,在实验室条件下测定了两类结皮的固氮活性,分析了其固氮活性对水热因子的响应特征及其与草本、结皮盖度的关系.结果表明:不同演替阶段人工植被及相邻撂荒地和天然植被下生物土壤结皮的固氮活性在9~150μmol C2H4·m-2·h^(-1),藻类结皮(平均为77μmol C2H4·m-2·h^(-1))显著高于藓类结皮(17μmol C2H4·m-2·h^(-1)).人工植被区3种常见植被类型下藻类和藓类结皮固氮活性均表现为"灌-草型"显著高于"乔-灌型"和"乔-灌-草型".藻类和藓类结皮的固氮活性与样品相对含水量(10%~100%)和培养温度(5~45℃)均呈显著的二次函数关系,其固氮活性随水分、温度升高均呈先上升后下降的趋势,分别在60%和80%相对含水量时达到最大固氮速率,其最适固氮温度均为25℃.藻类结皮固氮活性与草本盖度呈显著的二次函数关系,草本盖度超过20%时固氮活性开始降低,藓类结皮固氮活性与草本植物盖度呈显著负相关.两类结皮固氮活性与其盖度均呈显著的正相关关系,随结皮盖度增加其固氮活性显著升高.露天煤矿植被恢复区两类生物土壤结皮固氮活性差异主要由结皮组成生物体即隐花植物的差异所致,不同植被类型下的水热差异及不同植被演替阶段草本、结皮盖度的差异是影响生物土壤结皮氮固定的关键因子,生物土壤结皮在人工植被区的拓殖发育及其氮输入是系统健康发展的重要标志.

关键词：植被恢复生物土壤结皮固氮活性氮固定水热因子