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常州武南河表水中重金属污染评价及来源解析

环境科学学报 2024年第3期44卷 157-166页

作者：陈月芳郭静郭思语陈锦秀李彤马率陈辉伦北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京市工业污染物资源化处理重点实验室北京100083

探究了武南河水域9种重金属丰水期和枯水期的时空分布特征,结果表明:枯水期浓度高于丰水期,平均含量排序为Fe>Mn>Zn>Cu>Ni>Pb>Cr>As>Cd,与Ⅳ类《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)相比,Mn和Ni为主要污染元素;使用Arcgis反距离权重法... 详细信息

探究了武南河水域9种重金属丰水期和枯水期的时空分布特征,结果表明:枯水期浓度高于丰水期,平均含量排序为Fe>Mn>Zn>Cu>Ni>Pb>Cr>As>Cd,与Ⅳ类《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)相比,Mn和Ni为主要污染元素;使用Arcgis反距离权重法分析重金属空间分布差异,发现丰水期重金属多富集于上游,枯水期则明显集中在下游;使用单因子和内梅罗指数法评价重金属污染程度,57%和43%的采样点位中Mn和Ni含量超标,研究区水域呈轻微污染;此外,结合多种分析方法解析重金属来源,发现丰水期的重金属污染源主要为工业废水排放和雨水径流,而枯水期的Cr、Cu、Mn、Zn、As和Ni主要源于化工行业,Cr、Zn、Cd、Ni和Fe源于农业活动和地质环境混合输入,Cd和Pb则源于交通污染.

关键词：重金属时空分布风险评价来源分析

新型多孔三聚氰胺负载MnCe用于高选择性电催化CO_(2)产甲酸

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化学学报 2024年第4期82卷 396-408页

作者：雷雅茹熊廷楷于湘涛黄秀兵唐晓龙易红宏周远松赵顺征孙龙高凤雨北京科技大学能源与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较... 详细信息

本研究提出了一种尚未见报道的CO_(2)还原电催化剂及其构造,由MnCe作为活性位点,三聚氰胺泡沫(MS)作为载体前驱体的新型电极材料——MnCe-CMS(碳化MS)和MnCe-GOMS(氧化石墨烯活化MS),用于电催化CO_(2)还原研究.结果发现,MnCe-MS具有较宽的电位范围(-0.2~-3 V ***)及较好的产甲酸能力.对比以常用的碳布(CC)为载体的MnCe-CC,MnCe-CMS和MnCe-GOMS的甲酸生成速率分别提高到2.3、2.8倍,法拉第效率分别提高到2.3、2.5倍(MnCe-CC的最佳电位-0.4 V条件下),并且MnCe-GOMS在-0.6 V表现出最佳甲酸法拉第效率(75.72%).这归因于MS材料丰富的孔隙结构、较大的电化学表面积、易形成碳缺陷的特点,分析表明GO的掺入可以进一步增大这些优势;此外,在Mn、Ce共同作用下,有效促进电子传输、抑制析氢竞争反应、形成氧空位,有利于CO_(2)的吸附、活化与转化,从而促进甲酸生成.

关键词：电催化CO_(2)还原技术甲酸 Mn Ce 三聚氰胺泡沫(MS) 氧化石墨烯活化高温碳化

基于高效抗生素污染降解作用的压电分离膜抗污染性能与机理研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第1期32卷 31-48页

作者：李天昕李欣雅徐水洋陈星宇李大庆北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 北京市工业污染物资源化处理重点实验室北京100083 湖南省长沙生态环境检测中心湖南长沙410001

膜过滤存在的膜污染和浓差极化等会影响抗生素降解、分离选择性能和膜使用寿命,是亟待解决的关键问题.因此,采用干压成型方法制备锆钛酸铅(Pb(Zr_(x)Ti_(1-x))O_(3),PZT)压电分离膜,并分析膜淀粉含量对膜孔径、孔隙率的影响,比较制备得... 详细信息

膜过滤存在的膜污染和浓差极化等会影响抗生素降解、分离选择性能和膜使用寿命,是亟待解决的关键问题.因此,采用干压成型方法制备锆钛酸铅(Pb(Zr_(x)Ti_(1-x))O_(3),PZT)压电分离膜,并分析膜淀粉含量对膜孔径、孔隙率的影响,比较制备得到的膜产品分离能力差异;使用串联阻力模型将产生原位振动的压电分离膜、基膜及相近孔径的普通微滤膜的抗污染性能和膜污染类型进行对比,结合传统滤饼过滤模型和Hermia模型,研究压电分离膜由原位振动导致的抗生素降解率和抗污染机理的变化规律.研究结果表明:随着淀粉含量的增加,膜的孔隙率和平均孔径随之增加,截留率随之降低;相同情况下过滤120min后,PZT压电分离膜的膜通量比市场上的普通微滤膜高出10.3%,且其可逆污垢占比最小;同时,由于原位振动诱导的空化现象,PZT压电分离膜的抗生素降解率相比于基膜提升了26%;由于原位振动的作用,PZT压电分离膜将膜污染机制由滤饼过滤为主导的复合污染机制转变为膜孔堵塞向滤饼过滤的过渡机制.以期该研究结果为压电膜技术解决抗生素废水处理和膜污染防治问题提供方法与理论支撑.

关键词：污垢控制膜污染控制锆钛酸铅(PZT) 压电分离膜抗生素原位振动

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尿液中药物与耐药污染及削减技术研究进展

中国环境科学 2024年第2期44卷 1122-1133页

作者：徐国韬周晓琴李子富赵美娟北京科技大学能源与环境工程学院北京市工业典型污染物资源化处理重点实验室北京100083 同济大学水利部长三角城镇供水节水及水环境治理重点实验室上海200092

尿液回用有助于构建“人体-土壤-植物-人体”之间的可持续物质循环.然而尿液中残留的药物、耐药菌和耐药基因也会随着这一循环在环境中富集并最终回到人体,存在潜在健康风险.本文总结了源分离尿液中的药物及耐药污染特性,研究表明,尿液... 详细信息

尿液回用有助于构建“人体-土壤-植物-人体”之间的可持续物质循环.然而尿液中残留的药物、耐药菌和耐药基因也会随着这一循环在环境中富集并最终回到人体,存在潜在健康风险.本文总结了源分离尿液中的药物及耐药污染特性,研究表明,尿液中已检测出34种药物,平均浓度在0.07~2.7×10^(3)μg/L之间,检出频率在0.7%~100%之间,尿液中已检出的耐药基因有12种.针对此类污染物去除,主要有自然储存法、吸附法、膜分离技术、电化学法、生物方法,其中电化学技术显示出对于尿液中抗生素抗性基因的良好去除效率,最多可去除尿液中4.18log的bla_(KPC),但是应用于实际现场处理时还需要通过设计更合理的电极材料来提高使用寿命、降低能耗.此外,大多削减技术仍处于实验室研究阶段,对已有技术进行优化或使用多种技术联合处理尿液以削减药物及相关耐药性污染是未来研究的重点.

关键词：源分离尿液耐药微生物抗生素抗性基因削减技术

城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放研究进展

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环境科学 2024年第8期45卷 4932-4945页

作者：李轩苑心门聪杨静怡左剑恶清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100084 北京科技大学能源与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083 清华大学深圳国际研究生院深圳518055

甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)是备受关注的温室气体.近年来,城市河流已经成为不可忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源,亟需予以关注.探究城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放的时空特征、机制和影响因素对城市碳减排具有重要意义.通过梳理近2... 详细信息

甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)是备受关注的温室气体.近年来,城市河流已经成为不可忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源,亟需予以关注.探究城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放的时空特征、机制和影响因素对城市碳减排具有重要意义.通过梳理近20年国内外文献关于城市河流CH_(4)和N_(2)O溶存浓度与排放通量实测数据,总结了当前城市河流CH_(4)和N_(2)O排放的时空特征;估算得到2018年北京市城市河流的CH_(4)和N_(2)O排放量(以CO_(2)-eq计)分别为234.63 Gg和59.53 Gg,估算得到2018年上海市城市河流的CH_(4)和N_(2)O排放量(以CO_(2)-eq计)分别为159.86 Gg和260.24 Gg,表明城市河流是不容忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源;整理了城市河流中CH_(4)和N_(2)O的产生/消耗过程与输入/输出过程;从河流内部理化性质、河流外部水文及植被条件、城市化进程的角度,分析了城市河流CH_(4)和N_(2)O产生与排放过程的主要影响因素;最后提出了城市河流CH_(4)和N_(2)O排放核算与减排的未来研究重点,为今后城市河流的温室气体减排提供理论支持.

关键词：城市河流碳排放甲烷(CH_(4)) 氧化亚氮(N_(2)O) 时空特征产排机制影响因素

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江西某铜矿废石的产酸规律及释放重金属行为

金属矿山 2024年第1期 276-284页

作者：马童麟董颖博林海昝金雨北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083

金属矿废石暴露在自然环境中易产生酸性污染物、释放重金属离子,对周边环境造成严重污染。鉴于其污染的长期性,有必要对废石产酸规律及释放重金属离子行为进行研究。以江西省某铜矿废石为对象,通过动态淋溶试验研究了淋溶液p H值、废石... 详细信息

金属矿废石暴露在自然环境中易产生酸性污染物、释放重金属离子,对周边环境造成严重污染。鉴于其污染的长期性,有必要对废石产酸规律及释放重金属离子行为进行研究。以江西省某铜矿废石为对象,通过动态淋溶试验研究了淋溶液p H值、废石粒度、淋溶强度(淋溶液流速)等因素对产酸及释放重金属离子的影响。结果表明,淋溶液p H值与SO_4^(2-)产生量及Cu、Pb的释放量负相关,淋溶液p H值越低,SO_4^(2-)、Cu、Pb的累计释放量越大;而Zn呈现不同规律,淋溶液p H值为5时其累计释放量高于淋溶液p H值为3时,表明Zn在弱酸性环境中更易释放溶出。废石粒径越小,越有利于产酸和释放重金属离子,细粒径废石淋溶体系内SO_4^(2-)、Cu、Pb、Zn累计释放量显著高于粗粒径废石。淋溶液流速与SO_4^(2-)产生量及重金属离子的释放量正相关,在高淋溶液流速(1.02m L/min)、低初始淋溶液p H值(3)、细粒径废石(0.15~0.25mm)淋溶体系中,SO_4^(2-)、Cu、Pb、Zn累计释放量分别可达1389.55mg/kg、310.18μg/kg、413.18μg/kg和281.62μg/kg。研究结果可以为类似有色金属矿山废石的产酸和释放重金属离子行为及污染治理提供指导。

关键词：铜矿废石动态淋溶产酸重金属释放规律

矿区复垦地人工生态系统碳汇能力与生物多样性功能协同效益解析

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 257-266页

作者：张小平李梓琛王瑜武志瑶乌达巴拉门聪国能准能集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯010300 江苏省擎天工业互联网有限公司江苏南京211899 内蒙古绿创环保科技有限公司内蒙古呼和浩特010020 北京科技大学能源与环境工程学院北京市工业典型污染物资源化处理重点实验室北京100083

矿区土地复垦是加快生物多样性恢复,推动矿区转型发展,实现碳源向碳汇转化的必然措施。当前关于复垦地人工生态系统碳汇能力和生物多样性恢复的定量评估以及二者协同增效作用的研究仍较少。以准格尔旗黑岱沟露天矿区的各排土场为研究区... 详细信息

矿区土地复垦是加快生物多样性恢复,推动矿区转型发展,实现碳源向碳汇转化的必然措施。当前关于复垦地人工生态系统碳汇能力和生物多样性恢复的定量评估以及二者协同增效作用的研究仍较少。以准格尔旗黑岱沟露天矿区的各排土场为研究区域,结合样地调查与遥感数据,计算复垦土地植被与土壤的碳汇量,对不同恢复模式下各区域进行灰色关联分析,评估复垦地人工生态系统生物多样性维护功能与碳汇能力协同效益的规律。研究结果表明:①研究区域生物多样性极重要、高度重要、重要、一般和不重要区域的面积占比分别为2.28%、8.29%、15.67%、25.27%、48.50%。复垦区人工生态系统中,乔木+灌木+草本配级的生物多样性指数高于其他恢复模式,主要位于内排土场、北排土场中部,以及东沿帮排土场中部和南部。人工生态系统有林地的生物多样性维护功能的重要值较高,多数区域位于边坡或平台边缘。②植被碳汇量排名前9位的区域均为乔木+灌木+草本的植被类型,且该种植被恢复模式的平均碳汇量(32.224 g/(m^(2)·a))高于其他植被恢复模式。乔木+草本植被恢复模式的平均土壤碳汇量最高(18.164 g/(m^(2)·a)),其次为乔木+灌木+草本恢复模式(16.909 g/(m^(2)·a))。草本植被恢复模式下(主要位于东排土场和北排土场)的植被碳汇量(5.897 g/(m^(2)·a))和土壤碳汇量(6.237 g/(m^(2)·a))均是所有恢复模式中最低的。复垦地碳汇能力整体上呈现出森林生态系统>农田生态系统>草地生态系统的规律。③植被、土壤碳汇量与生物多样性维护功能评估结果的灰色关联指数分别为0.735和0.710,均显著相关。影响因子分析结果表明,随着物种丰富度指数和多样性指数值的增加,植被碳汇量也逐渐增加;随着海拔的升高和复垦年限的增加,土壤碳汇量呈上升趋势。

关键词：矿区复垦地植被碳汇量土壤碳汇量生物多样性灰色关联分析

碱处理多级孔钛硅分子筛疏水吸附VOCs研究

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能源环境保护 2024年第4期38卷 166-178页

作者：张媛媛于庆君易红宏赵顺征高凤雨武文静孟逢时唐晓龙北京科技大学能源与环境工程学院北京100083 工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083

在一段时间内我国能源结构仍将以燃煤为主,针对燃煤烟气中VOCs的治理,采用具有MFI拓扑结构的钛硅分子筛TS-1进行吸附减排。通过使用不同强度和性质的碱溶液(NaOH、NH_(4)OH、TPAOH)对其进行处理,构建了具有差异化多级孔结构的材料,并调... 详细信息

在一段时间内我国能源结构仍将以燃煤为主,针对燃煤烟气中VOCs的治理,采用具有MFI拓扑结构的钛硅分子筛TS-1进行吸附减排。通过使用不同强度和性质的碱溶液(NaOH、NH_(4)OH、TPAOH)对其进行处理,构建了具有差异化多级孔结构的材料,并调控了分子筛中硅烷醇基团Si—OH(包括外表面孤立硅烷醇基团和内部缺陷位点羟基巢)的相对含量,以提高分子筛疏水吸附VOCs能力。通过XRD、BET、UV-vis、IR、SEM与TEM等手段考察了分子筛骨架结构、内部缺陷和其他性质的变化。研究结果显示,NaOH溶液会严重刻蚀分子筛骨架,导致有序孔道数量减少、缺陷含量增加,从而使吸附能力大幅下降;NH_(4)OH处理可以疏通分子筛孔道,去除无定形硅物种,提高吸附VOCs的性能,但疏水能力略微下降;而TPAOH处理过程中的“溶解-再结晶”效应导致大量有序骨架生成,微孔发达程度显著提高,分子筛内部缺陷得到修复,吸附VOCs的性能与疏水性能都明显提升,VOCs的吸附容量提高了50%,而静态水吸附容量降低了18%。

关键词：燃煤烟气 VOCs 疏水吸附钛硅分子筛碱处理

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催化法治理挥发性有机物污染的研究进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 71-96页

作者：张红红王治伟隗陆刘雨溪戴洪兴邓积光北京工业大学材料科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室绿色催化与分离北京市重点实验室北京100124

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对... 详细信息

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对人类健康构成了严重威胁.因此,治理VOCs污染对于降低环境风险至关重要.鉴于实际工况条件复杂,多种VOCs(烷烃、芳香烃、卤代烃、醛酮和醇酯等)共存,它们的极性和浓度存在差异,在催化剂上的吸附、活化和转化过程不同,因此,对催化剂高效消除多组分VOCs的能力提出了挑战.目前,在众多净化VOCs的技术中,催化氧化法因其高效率、低能耗等优势在末端污染控制中越来越受到重视.本文主要介绍了近十年来通过热催化或光热催化消除污染物的代表性研究工作.首先,系统地总结了用于热催化消除单一VOC和典型多组分VOCs(例如,医药行业:甲苯和丙酮;家具涂料行业:甲苯和异己烷等)、协同消除VOCs和NO_(x),以及VOCs资源化利用(选择催化转化VOCs为高附加值产品)而设计和制备的各种具有独特形貌和结构的过渡金属氧化物纳米催化剂、贵金属颗粒纳米催化剂、贵金属单原子催化剂等,并探讨了其氧化还原性、酸性、氧物种、载体孔结构、贵金属分散度等对催化活性和稳定性的影响机制及优化策略.其次,鉴于化石燃料的日益减少,本文还概述了光热协同催化技术,该技术结合了光催化和热催化技术,通过太阳光的光热转换,能够在较低的温度下高效催化消除VOCs,并介绍了其效率和转化机制.此外,文中还深入分析了H_(2)O,CO_(2)和SO_(2)等气体对催化稳定性的影响机制.最后,考虑到我国当前大气污染防治面临更为复杂的复合污染问题等挑战,对未来发展趋势提出了展望:(1)利用活性空间和活性位点分离策略协同催化净化VOCs和NO_(x),从而实现催化氧化和还原反应的高效进行.(2)聚焦于大气污染物和温室气体的协同处理,探究CO_(2)和VOCs协同转化的路径和效率,为减污降碳和实现碳中和提供新思路.(3)设计合成新型串联催化剂用于安全转化含CVOCs的多组分污染物,以实现VOCs污染广谱性控制.(4)发展先进的原位表征技术(如原位电子显微镜、同位素示踪技术、原位拉曼光谱、原位X射线光电子能谱等)以实时检测催化剂的原子结构变化、吸附VOCs分子降解的中间体变化等,并结合理论计算确定最优反应路径,从而指导催化剂的设计与优化.(5)深入研究外场(例如,光能、电能、磁能)耦合热催化降解VOCs的技术,以期实现反应条件更温和、反应速率更高的催化过程.综上,本文综述了通过实验和理论计算手段揭示催化剂消除VOCs污染的性能与构效关系的研究进展,系统地呈现了治理VOCs污染研究的基本逻辑和框架体系,以期为后续开发高活性、高稳定性和高选择性的催化剂及其工业化应用提供借鉴.

关键词：挥发性有机物纳米催化剂催化氧化协同催化资源化利用