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生物强化MFC去除制药废水中的苯酚及产电性能评估

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工业水处理 2024年

作者：朱勇强沈倩许婷婷林鑫上海应用技术大学化学与环境工程学院

以厌氧污泥为阳极室底物，模拟苯酚制药废水为阳极室基质，将产电菌希瓦氏菌MR-1(Shewanella oneidensis MR-1，S. oneidensis MR-1)以游离态细胞与固定化细胞的两种形式加入双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)，构建同步处... 详细信息

以厌氧污泥为阳极室底物，模拟苯酚制药废水为阳极室基质，将产电菌希瓦氏菌MR-1(Shewanella oneidensis MR-1，S. oneidensis MR-1)以游离态细胞与固定化细胞的两种形式加入双室微生物燃料电池(Microbial fuel cell，MFC)，构建同步处理模拟苯酚制药废水游离态细胞双室MFC与固定化细胞双室MFC，探讨产电菌希瓦氏菌MR-1投加形式对双室MFC产电过程的影响，并分析污染物去除效果与微生物群落特征。结果表明，在三周期的连续运行下，固定化细胞双室MFC系统的产电性能与污染物去除效果最佳，最大输出电压为633 mV，最大功率密度为582.7 mW/m2，开路电压为835.9 mV，内阻为398.8 Ω，平均COD去除率为82.5%，平均NH4+-N去除率为74.1%，平均苯酚去除率为82.0%，平均库仑效率为26.6%。根据高通量测序结果显示，固定化细胞双室MFC的阳极生物膜产电菌丰度增加，阳极生物膜优势菌群为Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidota(拟杆菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)。采用固定化细胞技术对双室MFC起到了生物强化的作用，对污废水中能源转化提供了一定参考价值，推动减污降碳协同增效。

关键词：微生物燃料电池生物强化制药废水产电性能污染物去除

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地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用

中国矿业 2024年第1期33卷 179-185页

作者：关金锋周侃司中应成春莲许国胜王建华贵州工程应用技术学院矿业工程学院贵州毕节551700 盘州市能源局贵州盘州553501

掌握煤层瓦斯赋存特征可为煤层气资源开发和煤矿瓦斯灾害治理提供理论指导,煤层瓦斯赋存受地质因素所控制,为揭示地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用,采用地质统计法、构造控制理论,结合矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场... 详细信息

掌握煤层瓦斯赋存特征可为煤层气资源开发和煤矿瓦斯灾害治理提供理论指导,煤层瓦斯赋存受地质因素所控制,为揭示地质因素对松河煤矿瓦斯赋存的控制作用,采用地质统计法、构造控制理论,结合矿区大地构造位置、构造演化和区域构造应力场的特点,分析了矿区构造、矿井构造、小型构造的特征,探讨了其对瓦斯赋存的控制作用。结果表明:盘江矿区煤层主要受燕山运动和喜马拉雅运动影响,海陆交替相沉积环境、构造抬升和后期风化剥蚀作用,导致背斜煤层风化剥蚀、向斜煤层当中瓦斯得以保存,煤层瓦斯由向斜两翼向核部逐渐增大。“三角形弧系”构造应力场控制矿区构造变形及构造煤发育,在“三角形弧系”构造的顶角位置的构造变形强烈、煤体变形严重,煤层瓦斯含量相对较高,而在“三角形弧系”构造的边部构造变形弱、构造煤发育程度低,煤层瓦斯含量相对较低。松河煤矿位于“三角形弧系”构造边部的土城向N翼弱构造变形区,致使煤层整体上受构造破坏作用小,构造煤发育程度低,在煤层局部范围发育有压性或压扭性断裂,煤层埋深是松河煤矿煤层瓦斯赋存的主控因素,而压性或压扭性断裂附近是瓦斯灾害局部防治的重点,对松河煤矿以及具有相似地质条件的煤矿实施精准瓦斯治理工作具有指导意义。

关键词： “三角形弧系”构造构造应力场土城向斜矿井构造瓦斯赋存

缺陷诱导电子-金属载体相互作用加速固液界面Fenton反应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 247-258页

作者：毛海舫刘洋许振民卞振锋上海应用技术大学化学与环境工程学院上海201418 上海师范大学资源化学教育部重点实验室稀土功能材料上海市重点实验室上海200234

水体污染物的深度氧化去除是环境领域的研究热点.芬顿反应作为典型的高级氧化技术(AOPs)被广泛用于水中有机污染物的去除.对于非均相芬顿反应,催化剂表面Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环是决定其活性的主要因素.Fe^(3+)还原的关键在于接受额外电... 详细信息

水体污染物的深度氧化去除是环境领域的研究热点.芬顿反应作为典型的高级氧化技术(AOPs)被广泛用于水中有机污染物的去除.对于非均相芬顿反应,催化剂表面Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环是决定其活性的主要因素.Fe^(3+)还原的关键在于接受额外电子,因此电子是提升芬顿反应效率的关键.传统非均相催化剂由于表面“惰性”,限制了固液界面电子的传递,导致Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环效率处于较低的水平.因此设计一种具有高效界面电子传递性能的催化剂对提高芬顿反应效率至关重要.本文通过简易的酸处理法,成功合成了富含缺陷的NH_(2)-UiO-66(d-NU)材料,并将其用于水中有机污染物的去除.核磁共振氢谱(1H NMR)、热重分析(TG)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线吸收精细结构(EXAFS)等多种表征证明了酸处理诱导NH_(2)-UiO-66上缺陷结构的形成.光电流、电化学阻抗和时间分辨瞬态荧光光谱结果表明,缺陷结构的形成可有效促进光生电子-空穴的分离.与不含缺陷的NH_(2)-UiO-66(NU)相比,d-NU在光芬顿氧化过程中表现出更优的4-CP去除效率,其降解动力学速率常数是NU的11倍,极大地加速了4-CP的去除进程.实验及理论计算结果表明缺陷的形成破坏了Zr配位结构的几何对称性,导致Zr位点电荷密度的不对称分布.该不对称结构有利于Fe^(3+)富集到Zr-O簇上,并通过电子-金属-载体相互作用(EMSI)形成Zr‒O‒Fe桥键,促进催化剂固液界面电子的传输,提高催化剂界面Fe^(3+)/Fe^(2+)的循环效率.实际应用实验结果表明,在d-NU/Fe^(3+)/H_(2)O_(2)光芬顿体系中,环境水体中常见无机离子对4-CP的降解影响很小.同时,d-NU/Fe^(3+)/H_(2)O_(2)光芬顿体系能够对多种有机污染物保持较高的去除效率,且催化活性在经过10次循环后没有明显的衰减,说明d-NU具有较好的抗离子干扰性、降解多种污染物的普适性和结构稳定性.通过液相色谱-质谱监测确定了4-CP的降解途径,并通过毒理学模拟4-CP及其降解生成中间体的生物毒性,结果表明,4-CP降解过程中形成的中间体的综合毒性低于4-CP.综上,本研究揭示了MOF基芬顿催化剂中金属氧簇的配位关系对芬顿反应的作用机制,提出了富含缺陷的MOFs与Fe^(3+)之间电子转移的作用机制,为进一步开发高效芬顿催化剂提供了新思路.

关键词：缺陷 NH_(2)-UiO-66 三价铁还原电子-金属支撑作用芬顿反应

碳捕集、利用和封存(CCUS)技术发展现状及应用展望

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中国环境科学 2024年第1期44卷 404-416页

作者：阳平坚彭栓王静王强任妮宋维宁中国环境科学研究院环境管理研究中心北京100012 天津大学环境学院天津300354 上海伊世特科技管理有限公司上海200001 中南大学化学化工学院湖南长沙410083 辽宁科技大学应用技术学院辽宁鞍山114051 山西清洁碳研究院山西大同037008

梳理了碳捕集、利用和封存(CCUS)技术各关键环节的发展概况,阐述了全球和我国现阶段CCUS技术应用进展和挑战.结果表明,在当前的经济技术水平下,CCUS项目难以实现成本效益的平衡,因此必须转变思路,将CO_(2)视为一种基础工业原料,加快CO_... 详细信息

梳理了碳捕集、利用和封存(CCUS)技术各关键环节的发展概况,阐述了全球和我国现阶段CCUS技术应用进展和挑战.结果表明,在当前的经济技术水平下,CCUS项目难以实现成本效益的平衡,因此必须转变思路,将CO_(2)视为一种基础工业原料,加快CO_(2)资源化利用布局.基于此,提出CO_(2)转化利用金字塔模型,通过优化组合高附加值碳基材料、化工利用、生物合成等CO_(2)转化利用路径,形成兼具减排和商业价值的新型碳经济.最后,根据我国未来在能源领域的领先性和电网的灵活度的实际需要,提出了加快我国CCUS技术布局和应用的政策建议,以期助力CCUS技术产业化落地与可持续发展.

关键词：碳中和碳捕集、利用和封存碳经济 CO_(2)利用路径

SCO_(2)布雷顿循环及其在光热发电中的应用综述

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汽轮机技术 2024年第2期66卷 81-87,132,160页

作者：李光霁付亚男上海应用技术大学机械工程学院上海201418

由于化石能源的消耗以及环境的恶化,各国都开始寻找新型发电技术。SCO_(2)布雷顿循环身为新兴的技术,具有临界参数易达到、体积小、重量轻、循环效率高等优点。将布雷顿循环工质进行比较,得到SCO_(2)是最适合布雷顿循环的。之后将SCO_(2... 详细信息

由于化石能源的消耗以及环境的恶化,各国都开始寻找新型发电技术。SCO_(2)布雷顿循环身为新兴的技术,具有临界参数易达到、体积小、重量轻、循环效率高等优点。将布雷顿循环工质进行比较,得到SCO_(2)是最适合布雷顿循环的。之后将SCO_(2)布雷顿循环与朗肯循环进行比较,得到SCO_(2)布雷顿循环与光热发电相结合的效率更高。基于光热发电系统,对SCO_(2)布雷顿循环结构进行了分析比较,得到再压缩循环既简单又高效,适合光热发电系统。接着在光热发电系统中对布雷顿循环关键参数进行优化,从而使循环效率达到最佳。最后研究了SCO_(2)布雷顿循环的设备,包括向心透平、离心式压缩机和印刷电路板式换热器,其中印刷电路板式换热器作为一种新型换热器,因为它的紧凑高效性等特点常被用于SCO_(2)布雷顿循环。

关键词：超临界二氧化碳布雷顿循环光热发电循环优化

RR-SC:边缘设备中基于随机计算神经网络的运行时可重配置框架

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计算机研究与发展 2024年第4期61卷 840-855页

作者：宋玉红沙行勉诸葛晴凤许瑞王寒华东师范大学计算机科学与技术学院上海200062

随着人工智能民主化的发展,深度神经网络已经被广泛地应用于移动嵌入式设备上,例如智能手机和自动驾驶领域等.随机计算作为一种新兴的、有前途的技术在执行机器学习任务时使用简单的逻辑门而不是复杂的二进制算术电路.它具有在资源(如... 详细信息

随着人工智能民主化的发展,深度神经网络已经被广泛地应用于移动嵌入式设备上,例如智能手机和自动驾驶领域等.随机计算作为一种新兴的、有前途的技术在执行机器学习任务时使用简单的逻辑门而不是复杂的二进制算术电路.它具有在资源(如能源、计算单元和存储单元等)受限的边缘设备上执行深度神经网络低能耗、低开销的优势.然而,之前的关于随机计算的工作都仅仅设计一组模型配置并在固定的硬件配置上实现,忽略了实际应用场景中硬件资源(如电池电量)的动态改变,这导致了低硬件效率和短电池使用时间.为了节省电池供电的边缘设备的能源,动态电压和频率调节技术被广泛用于硬件重配置以延长电池的使用时间.针对基于随机计算的深度神经网络,创新性地提出了一个运行时可重配置框架,即RR-SC,这个框架首次尝试将硬件和软件的重配置相结合以满足任务的时间约束并最大限度节省能源.RR-SC利用强化学习技术可以一次性生成多组模型配置,同时满足不同硬件配置(即不同的电压/频率等级)下的准确率要求.RR-SC得到的解具有最好的准确率和硬件效率权衡.同时,多个模型配置运行时在同一个主干网络上进行切换,从而实现轻量级的软件重配置.实验结果表明,RRSC可以在110 ms内进行模型配置的轻量级切换,以保证在不同硬件级别上所需的实时约束.同时,它最高可以实现7.6倍的模型推理次数提升,仅造成1%的准确率损失.

关键词：边缘设备随机计算运行时重配置动态硬件环境轻量级软件重配置强化学习

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水环境中锑分析检测方法的研究进展

东华大学学报（自然科学版） 2024年第3期50卷 107-115页

作者：王冬芳李姜珊汪林颖程若瑶崔梦佳卢洪秀蔡冬清东华大学环境科学与工程学院上海上海污染控制与生态安全研究院上海上海农林职业技术学院生物医药与健康系上海

锑(Sb)是广泛存在于水环境中的一种重金属,不断被证实对人和动植物等有慢性毒性和致癌风险。在监测和治理水环境中的Sb污染方面,建立快速、高灵敏度的Sb检测分析方法至关重要。重点阐述了分光光度法、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等... 详细信息

锑(Sb)是广泛存在于水环境中的一种重金属,不断被证实对人和动植物等有慢性毒性和致癌风险。在监测和治理水环境中的Sb污染方面,建立快速、高灵敏度的Sb检测分析方法至关重要。重点阐述了分光光度法、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)、原子吸收光谱法(AAS)和电化学分析法在Sb分析检测中的相关研究及应用进展,探讨了水环境中Sb检测存在的问题和面临的挑战,如检测方法灵敏度低、间接测定Sb耗时且不准确、还原剂昂贵且有毒等。此外,对Sb检测未来的发展方向进行展望。未来Sb检测趋势是发展电化学分析方法。通过电极修饰和纳米材料设计提高传感器性能,如碳基材料、金属纳米颗粒和硅基材料。有机配体、纳米复合材料和裸电极的功能化可增强灵敏度和选择性,促进传感器小型化。未来Sb检测将迈向小型化、芯片化和快速化。

关键词：锑水环境原子荧光光谱法电感耦合等离子体法研究进展

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光解水制氢催化剂的掺杂改性

Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 1-24页

作者：房文健严嘉玮韦之栋刘军营郭伟琦江治上官文峰上海交通大学燃烧与环境技术研究中心上海200240 上海交通大学智慧能源创新学院上海200240 江苏大学环境与安全工程学院江苏镇江212013 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司北京102209 扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225002

光催化分解水制氢,作为一种绿色、安全、高效且低成本的制氢技术,因其清洁性和巨大的发展潜力而受到广泛关注.尽管光催化分解水制氢在理论上具有显著优势,但在实际应用中仍面临捕光效率低、电荷分离难、表面反应速率慢以及光腐蚀等挑战... 详细信息

光催化分解水制氢,作为一种绿色、安全、高效且低成本的制氢技术,因其清洁性和巨大的发展潜力而受到广泛关注.尽管光催化分解水制氢在理论上具有显著优势,但在实际应用中仍面临捕光效率低、电荷分离难、表面反应速率慢以及光腐蚀等挑战.为解决上述问题并突破效率瓶颈,研究者们积极探索新的方法,如构建异质结、调控微观结构、引入助催化剂、掺杂和诱导缺陷等,以期提高光催化剂的性能.其中,光催化剂掺杂改性是研究热点之一.通过对光催化剂进行掺杂改性,可以有效调节其能带结构、光吸收性能以及电荷传输性能,进而提升光催化分解水制氢的效率.因此,对光催化剂掺杂在光催化分解水制氢中的作用机制和研究进展进行系统地梳理和总结,有助于深化对该领域的理解,具有重要意义.本文系统地介绍了近年来本课题组利用掺杂改性光催化剂提升光解水制氢性能的研究成果.首先,总结了光催化剂掺杂的合成方法和表征手段,并详细介绍了用于分析掺杂离子在催化剂中的分布及价态的原位表征方法.其次,以铋基复合氧化物为例,介绍了通过固溶法将稀土元素掺杂到铋基复合氧化物中,实现可见光下完全分解水,并探讨了掺杂对光催化剂能带结构的影响及作用机制.进一步,阐述了掺杂后铋基复合氧化物微观结构的变化,特别是暴露面、表面特性和缺陷态等对光生载流子分离与迁移的影响,归纳了掺杂诱导的结构变化与光催化分解水制氢性能之间的构效关系.此外,介绍了一种新颖的多局域梯度掺杂方法:利用离子扩散使预先储存掺杂离子的“纳米胶囊”持续、非均匀地释放入半导体材料中,诱导导带位置连续弯曲,从而在导带势能面内构建出多局域的势阱,从而延长了光生电子空穴对的寿命,为光生载流子提供了更多迁移至表面的通道,明显提高了光解水效率.最后,展望了光催化剂掺杂技术未来的研究方向:(1)通过对光催化分解水制氢中的析氢和析氧助催化剂进行掺杂改性,提高表面催化反应速率;(2)发展纳米催化剂上的非对称掺杂技术,在纳米颗粒内的特定区域或表面掺杂的精确调控,以提高光催化分解水制氢性能;(3)随着机器学习的进步,AI模型可以用于预测和优化掺杂条件,从而大幅减少实验量.综上,本文总结了掺杂在光催化分解水制氢研究中的研究进展,希望能为探索开发可见光光催化水分解的新型材料和提高能量转换效率提供参考和借鉴.

关键词：光催化水分解氢掺杂能带结构非对称掺杂

中国钢铁行业CO_(2)排放特征和减排路径研究——基于ARIMA-LEAP模型

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3531-3543页

作者：陈浩胡静茹王寿兵张挺峰方锴复旦大学环境科学与工程系上海200433 宝钢工程技术集团有限公司上海201900

为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性,基于时间序列中的ARIMA模型,对未来相关产量进行客观预测,构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型,并以2020年为基准年,每5a为时间节点,研究了2020~2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及... 详细信息

为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性,基于时间序列中的ARIMA模型,对未来相关产量进行客观预测,构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型,并以2020年为基准年,每5a为时间节点,研究了2020~2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO_(2)排放情况.在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术,在能源结构调整中考虑了发电方式调整,在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力.结果表明,4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO_(2)减排潜力均高于单一情景.其中SUR+TER､SUR+STR和综合减排情景可以在2030年实现达峰,达峰年均为2021年,达峰时CO_(2)排放量分别为13.225亿t､13.359亿t和13.289亿t.单一情景中相较于基准情景CO_(2)减排量由高到低依次为:规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR),在2030年相对于基准情景的减排量分别为493.1Mt、247.8Mt以及105.1Mt.借助LEAP模型的能源核算以及CO_(2)排放核算功能,研究了综合减排情景下2020~2030年不同工序,不同能源的CO_(2)排量,其中CO_(2)排放较多的3个工序为炼铁､轧钢以及烧结工序,产生CO_(2)较多的4种能源为洗精煤、喷煤粉、电力以及焦炭,其中洗精煤CO_(2)排放量更是达到10Bt级,而其余3种能源也达到Bt级.确定了中国钢铁行业CO_(2)排放特征.对技术减排以及结构减排成本进行简单比较,制定中国钢铁行业CO_(2)减排路径.

关键词： LEAP模型钢铁行业 CO_(2) 排放特征减排路径情景分析