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生物质气化生产α-烯烃工艺公用工程的生命周期评价及多目标优化

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低碳化学与化工 2024年

作者：奚传栋杨子旭曹晨熙韩一帆华东理工大学化学工程联合国家重点实验室华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室郑州大学先进功能材料制造教育部工程研究中心

公用工程优化在节能减排中具有重要作用。为了有效提升生物质气化生产α-烯烃工艺的经济效益和环境绩效，采用非支配排序遗传算法II（NSGA-II），以经济成本和环境影响最小为目标，构建了生命周期公用工程系统多目标优化模型。分别选择... 详细信息

公用工程优化在节能减排中具有重要作用。为了有效提升生物质气化生产α-烯烃工艺的经济效益和环境绩效，采用非支配排序遗传算法II（NSGA-II），以经济成本和环境影响最小为目标，构建了生命周期公用工程系统多目标优化模型。分别选择煤、天然气和不凝气作为系统燃料，同时引入脱硫脱硝过程以满足SO2和NOx的排放标准。对比了优化前后工艺全流程的生命周期评价结果，验证了该优化方法的有效性。结果表明，在成本优先的情况下，选择煤和不凝气作为系统燃料能够获得较优的解决方案，其经济成本为115.56 CNY/h。在环境优先的情况下，选择天然气和不凝气作为系统燃料更具优势，其环境影响评价为3.92×10-12h-1。经过多目标优化（优化方案2B），工艺全流程的全球变暖潜力降低了24.54%，酸化潜力降低了30.55%，富营养化降低了4.20%，颗粒物降低了71.03%，其他环境影响类别评价亦有所改善。这就验证了本文优化方法在促进α-烯烃生产工艺向可持续发展转型中的应用潜力。

关键词：生命周期评价生物质气化 α-烯烃生产工艺公用工程多目标优化

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酶法改性及其在蛋白基胶黏剂的应用研究进展

林业工程学报 2024年第5期9卷 13-26页

作者：李心怡邵家威李建章北京林业大学木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083 北京林业大学木材科学与工程北京市重点实验室北京100083

蛋白基胶黏剂具有成本低廉、绿色安全、原料易得等优点,对解决传统的醛类合成树脂(脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂)胶黏剂造成的人居环境甲醛污染和化石资源依赖问题具有重要意义,在木材科学与技术研究领域及人造板生产中越来... 详细信息

蛋白基胶黏剂具有成本低廉、绿色安全、原料易得等优点,对解决传统的醛类合成树脂(脲醛树脂、酚醛树脂和三聚氰胺-甲醛树脂)胶黏剂造成的人居环境甲醛污染和化石资源依赖问题具有重要意义,在木材科学与技术研究领域及人造板生产中越来越受到重视。大豆蛋白、花生蛋白等是油料作物加工剩余物,来源丰富、成本低,是制备蛋白基胶黏剂的理想原料。然而,蛋白基胶黏剂存在耐水胶接性能差、黏度高、涂布性能不佳等突出问题,且过度依赖化石交联剂削弱了生物质胶黏剂的环保优势,制约其工业化应用和推广。酶法改性技术具有绿色、高效、专一性等特点,可对蛋白质结构进行催化改性,改善蛋白质的功能特性,从而有效降低蛋白基胶黏剂的黏度,提高蛋白质的反应活性,减少化学交联剂的用量,提高耐水胶接强度,降低材料成本并提高生产效率,在蛋白基胶黏剂中展现出良好的应用前景。笔者总结了目前蛋白基胶黏剂存在的问题及改性目标,分析了蛋白水解酶、多糖水解酶、谷氨酰胺转氨酶、酪氨酸酶、漆酶对蛋白质结构和理化性质的催化改性机理,综述了酶法改性技术在蛋白基胶黏剂中的应用进展,以期为蛋白基胶黏剂的研发和性能提升提供参考。

关键词：蛋白基胶黏剂生物基胶黏剂蛋白质结构酶法改性技术

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CuMn_(2)O_(4)/石墨炔S型异质结上锚定氧化助催化剂促进曙红敏化光催化析氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 88-103页

作者：杨成李鑫李梅梁桂杰靳治良北方民族大学化学与化学工程学院宁夏太阳能化学转化技术重点实验室国家民委化学工程与技术重点实验室宁夏银川750021 华南农业大学能源植物资源与利用农业农村部重点实验室生物质工程研究所广东广州510642 湖北文理学院低维光电材料与器件湖北省重点实验室湖北襄阳441053

半导体光催化剂有效的电荷分离及利用是光催化制氢的关键.单一半导体催化剂由于光生电子-空穴对的快速复合导致低的光催化活性,构建异质结是提高光生电荷分离以及电子转移效率的有效方法.此外,助催化剂的引入同样能够促进光催化剂表面... 详细信息

半导体光催化剂有效的电荷分离及利用是光催化制氢的关键.单一半导体催化剂由于光生电子-空穴对的快速复合导致低的光催化活性,构建异质结是提高光生电荷分离以及电子转移效率的有效方法.此外,助催化剂的引入同样能够促进光催化剂表面电子和空穴的分离,并且其协同效应可促使更多载流子流向相应的助催化剂位点而增强光催化性能.因此,同时构建异质结及合适的氧化位点成为解决光生电子-空穴对有效分离及利用的重要研究方向.本文报道了一种同时构建S型异质结和氧化位点促进CuMn_(2)O_(4)光生电子-空穴对有效分离及利用的可行性策略.虽然在制备CuMn_(2)O_(4)的过程中通过调控制备温度能够自身诱导生成具有氧化能力的Mn_(2)O_(3)来作为氧化位点,但是只存在氧化位点时不能很好地克服光生电子-空穴对的重组现象而导致光催化活性较低.基于此,本文巧妙地利用CuMn_(2)O_(4)自身诱导生成氧化位点的特性并引入石墨炔还原端而构建S型异质结,在氧化位点及S型异质结同时存在的情况下增强光生电子的有效转移.此外,在自身诱导生成氧化位点和S型异质结的协同作用下,促进了复合光催化剂中的光生电子和光生空穴精确定向迁移到相应的还原位点和氧化位点.傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱证实成功制备了石墨炔.X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(TEM)等结果表明,成功制备了600-CuMn_(2)O_(4)/GDY-40%(6-CG-40%)样品(600°C焙烧,石墨炔质量百分含量为40%).经过组分优化的复合光催化剂6-CG-40%的催化性能达到1586.54μmol g^(‒1)h^(‒1),是CuMn_(2)O_(4)(106.73μmol g^(‒1)h^(‒1))和石墨炔(70.57μmol g^(‒1)h^(‒1))产氢活性的13.86倍和21.48倍高.利用UV-vis光谱、电化学性能和接触角测试等分析6-CG-40%复合光催化剂产氢性能提升的原因,并通过密度泛函理论计算和相关实验表征验证Mn_(2)O_(3)作为氧化助催化剂的合理性.结果表明,原位诱导生成的Mn_(2)O_(3)氧化助催化剂和引入石墨炔构建的S型异质结有效抑制了光生电子-空穴对的复合,从而优化了光生载流子转移效率,最终增强了曙红敏化6-CG-40%光催化析氢性能.综上所述,在控制诱导因子原位生成Mn_(2)O_(4)氧化助催化剂的基础上引入石墨炔还原端构建了S型异质结,在助催化剂与异质结两者的协同作用下极大程度地改善了光生电子-空穴对的严重复合现象,这项工作为解决光催化制氢领域中制约光催化剂制氢能力的关键问题提供了可行性思路.

关键词：石墨炔氧化助催化剂电荷分离 S型异质结光催化制氢

基于CeO/CoOOH纳米酶的比色分析法快速检测水果中的抗坏血酸

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食品科学 2024年

作者：岳晓月吴朝云闫曙亮符龙赵电波郑州轻工业大学食品与生物工程学院冷链食品加工与安全控制教育部重点实验室河南省冷链食品质量安全控制重点实验室

本研究采用液相沉淀法合成了一种二氧化铈(CeO2)修饰羟基氧化钴（CoOOH）的纳米材料CeO2/CoOOH。CeO2/CoOOH具有良好的类氧化酶活性，可以直接氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺（TMB）为蓝色的o x-TMB，而抗坏血酸（AA）的强还原性可以... 详细信息

本研究采用液相沉淀法合成了一种二氧化铈(CeO2)修饰羟基氧化钴（CoOOH）的纳米材料CeO2/CoOOH。CeO2/CoOOH具有良好的类氧化酶活性，可以直接氧化3，3’，5，5’-四甲基联苯胺（TMB）为蓝色的o x-TMB，而抗坏血酸（AA）的强还原性可以将ox-TMB还原为TMB，导致ox-TMB在652 nm处的吸光度降低，同时蓝色褪去。在此基础上，我们开发了一种新的检测AA的比色传感器。实验结果表明：该传感器显示出对AA的高灵敏度响应，检测极限为2.73 μg/mL，检测范围为5～100 μg/mL，并成功应用于橙子和苹果样品中AA的快速检测。

关键词：快速检测比色法抗坏血酸纳米酶

生物炭强化生物滤池处理农村生活污水效果及碳排放

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农业工程学报 2024年第2期40卷 315-322页

作者：罗枭张季王方磊占宇辉吴代赦罗旭东马志飞南昌大学资源与环境学院鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室南昌330031 萍乡学院材料与化工工程学院萍乡337000 九江市共青城生态环境局九江332020

为研究生物炭对生物滤池强化作用及其在“双碳”背景下碳排放量与去除效果相结合的评估方法,以秸秆生物炭强化曝气生物滤池为研究对象,在中温环境(25~30℃)下,探究了生物炭强化生物滤池的挂膜启动时间、处理能力、稳定性以及日碳排放量... 详细信息

为研究生物炭对生物滤池强化作用及其在“双碳”背景下碳排放量与去除效果相结合的评估方法,以秸秆生物炭强化曝气生物滤池为研究对象,在中温环境(25~30℃)下,探究了生物炭强化生物滤池的挂膜启动时间、处理能力、稳定性以及日碳排放量。结果表明,滤池的挂膜时长为14 d;当水力负荷和进水流量分别为0.045m^(3)/(m^(2)·h)和0.9 m^(3)/d时,系统的最佳进水水力停留时间为8 h,化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为95.0%、79.1%、62.5%、78.4%;当水力停留时间和进水流量分别为8 h和1.2 m^(3)/d,系统最佳的水力负荷为0.030 m^(3)/(m^(2)·h),平均去除率分别为95.3%、87.4%、68.1%、79.0%;在系统运行过程中,不同时期悬浮球与陶粒上胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)含量相比刚驯化污泥上EPS的含量都有所增加,表明了生物滤池在实际运行过程中比较稳定且污泥活性也比较好;在8 h的最佳水力停留时间以及进水流量0.9 m^(3)/d的条件下,曝气生物滤池使污水达标排放的碳排放量为9.08 kg/d,因此采用生物炭强化曝气生物滤池处理农村生活污水具有较高的应用前景。

关键词：污水处理生物炭农村曝气生物滤池

外源绿原酸对番茄幼苗低温耐性的生理调控效应

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 315-330页

作者：李艳梅姜丽娜孙向阳李常保周明孙焱鑫索琳娜北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京100097 北京林业大学林学院/森林培育与保护教育部重点实验室北京100083 北京市农林科学院蔬菜研究所/蔬菜生物育种全国重点实验室北京100097

【目的】番茄苗期常遭遇低温冷害,严重影响花果正常发育。酚酸物质绿原酸是农作物抗逆响应的关键代谢物质,但外源绿原酸是否能增强作物耐冷性尚不明确。因此,以低温耐性不同的两个番茄品种为材料,研究外源根施绿原酸对番茄低温耐性的调... 详细信息

【目的】番茄苗期常遭遇低温冷害,严重影响花果正常发育。酚酸物质绿原酸是农作物抗逆响应的关键代谢物质,但外源绿原酸是否能增强作物耐冷性尚不明确。因此,以低温耐性不同的两个番茄品种为材料,研究外源根施绿原酸对番茄低温耐性的调控效应及可能机制。【方法】以番茄(Solunum lycopersacum)强耐低温品种京番401(JF401)和弱耐低温品种京番101(JF101)为试验材料开展室内盆栽试验。基于前期试验获得的参数,设置6个绿原酸(CGA)根施浓度处理:0、0.005、0.025、0.05、0.1和0.25 g/L。根施CGA后,番茄幼苗在正常温度下生长5周,然后在低温(昼夜温15℃/5℃)胁迫下生长6天。在低温胁迫结束后2天,用手持式叶绿素荧光仪测定完全展开叶片初始荧光产量(Fo)、最大荧光产量(Fm),光化学猝灭系数(Qp)、非光化学猝灭系数(NPQ)及PSII实际光化学效率(ФPSII);调查番茄幼苗地上部鲜重(SFW)、根系鲜重(RFW)和总鲜重(TFW);测定完全展开叶片相对电导率(REC)、叶绿体色素含量(Chl.a、Chl.b、Car)、自由水含量(LFW)和束缚水含量(LBW);测定叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化氢(H_(2)O_(2))和丙二醛(MDA)含量。【结果】在供试CGA浓度范围内,JF401和JF101番茄幼苗的耐冷性均随CGA浓度的升高先增加后降低,最高耐冷性综合评价指标D值分别出现在0.1和0.05 g/L。Pearson相关分析表明,D值与Fv/Fm、Qp、ФPSII、Chl.a、Chl.(a+b)、SFW、RFW、TFW、SOD、POD、CAT和LBW显著正相关(R=0.72~0.98),与H_(2)O_(2)、NPQ、REC、MDA和LFW显著负相关(R=0.63~0.98)。PCA主成分分析表明,SFW、Chl.b、Chl.(a+b)、Qp、ФPSII和LBW是影响两品种番茄苗期低温耐性的共性关键指标。在CGA最佳浓度下,京番101幼苗的ФPSII、Chl.(a+b)、LBW和SFW较CK的增幅分别为157.7%、35.5%、8.4%和24%,京番401幼苗的增幅分别为223.5%、64.9%、31.2%和62%。【结论】低温胁迫下,根施适量绿原酸可通过改善光能吸收及利用、降低水分生理代谢、增强酶促抗氧化防御和清除活性氧等多途径调控机制,显著提升番茄幼苗低温耐性。

关键词：生物刺激素绿原酸(CGA) 低温胁迫番茄叶绿素束缚水

碳基电催化剂缺陷工程用于CO_(2)还原反应

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新型炭材料（中英文） 2024年第1期39卷 17-41页

作者：卢衍堃程白雪战浩宇周鹏青岛大学生物多糖纤维成形与生态纺织国家重点实验室材料科学与工程学院山东省海洋生物质纤维材料及纺织品协同创新中心海洋纤维新材料研究院山东青岛266071

电催化二氧化碳(CO_(2))还原是通过电能将温室气体CO_(2)转化为高附加值化学品。碳基材料因其成本低、活性高的特点,被广泛应用于包括电催化CO_(2)还原在内的多种电化学反应中。近年来,通过缺陷工程在碳基材料中构建不对称中心优化材料... 详细信息

电催化二氧化碳(CO_(2))还原是通过电能将温室气体CO_(2)转化为高附加值化学品。碳基材料因其成本低、活性高的特点,被广泛应用于包括电催化CO_(2)还原在内的多种电化学反应中。近年来,通过缺陷工程在碳基材料中构建不对称中心优化材料的物理化学性质,提高电催化活性这一策略引起了研究人员的广泛关注。本文综述了缺陷碳基材料的类型、构建方法和缺陷表征方法,并进一步梳理了缺陷工程的优势、各种缺陷构建方法和表征方法的优缺点。最后,对缺陷碳基材料在电催化CO_(2)还原中面临的挑战和机遇进行了展望。相信本文能为缺陷碳基材料在CO_(2)还原中的发展提供针对性的建议。

关键词：缺陷工程碳基材料电催化 CO_(2)还原

海岛棉耐盐相关基因GbPLA1-32的克隆及生物信息学分析

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分子植物育种 2024年第5期22卷 1421-1429页

作者：张红张悦新徐楠芮存范亚朋王晶韩明格王琴琴孙亮庆陈修贵陆许可王俊娟王德龙王帅郭丽雪赵兰杰陈超陈全家叶武威新疆农业大学农学院教育部棉花工程研究中心乌鲁木齐830052 中国农业科学院棉花研究所棉花生物学国家重点实验室郑州大学研究基地农业部棉花遗传改良重点开放实验室安阳455000

为了解海岛棉GbPLA1-32基因结构特征及功能,本研究以海岛棉‘海7124’为实验材料,利用前期耐盐转录组测序结果筛选得到差异表达基因并进行克隆。通过生物信息学分析,获得‘海7124’GbPLA1-32基因全长CDS,分析该基因编码蛋白的理化性质... 详细信息

为了解海岛棉GbPLA1-32基因结构特征及功能,本研究以海岛棉‘海7124’为实验材料,利用前期耐盐转录组测序结果筛选得到差异表达基因并进行克隆。通过生物信息学分析,获得‘海7124’GbPLA1-32基因全长CDS,分析该基因编码蛋白的理化性质、鉴定其亲水性与疏水性,对磷酸化和糖基化位点、信号肽和跨膜区以及蛋白质结构进行预测,确定亚细胞定位并构建系统进化树。结果表明,该基因编码区全长1530 bp,编码509个氨基酸,编码蛋白在磷脂酶A1家族,属α/β-水解酶超家族。它属于亲水性蛋白,不存在明显信号肽且不具有跨膜结构,亚细胞定位于叶绿体中。同时,α-螺旋、延伸链、β-转角和无规则卷曲这4个元件构成了Gb PLA1-32蛋白的二级结构。进化树分析表明海岛棉与陆地棉亲缘关系最为接近,根据其编码蛋白将该基因命名为GbPLA1-32。RT-qPCR分析结果表明,GbPLA1-32基因能够对PEG和盐两种胁迫做出响应。本研究结果可为进一步阐明GbPLA1-32在海岛棉中的生物学功能提供参考。

关键词：海岛棉磷脂酶A1 基因克隆表达分析生物信息学分析

壳聚糖改性生物炭的制备及其对水溶液中Cd^(2+)的吸附机制

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环境科学 2024年第2期45卷 873-884页

作者：姜凌安靖玥岳小琼李亚雄夏秋乐祝婷文佳柴丽红长安大学水利与环境学院西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室西安710054 长安大学土地工程学院西安710054

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结... 详细信息

以猕猴桃枝为原料,壳聚糖作为胺基表面改性剂,制备了一种绿色环保、对环境中重金属有良好吸附效果的功能性生物炭材料.采用批量吸附实验研究了改性前后生物炭的吸附性能.借助SEM-EDS、FTIR和XPS表征方法,分析了改性前后生物炭的形貌结构和官能团变化,探究了其对溶液中Cd^(2+)的吸附机制.结果表明,改性后的生物炭表面,引入了羟基(—OH)、羰基(—C=O)和氨基(—NH_(2))等基团,显著提高了吸附性能,对Cd^(2+)的吸附量较改性前增加107.12%.Lagergren准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程能较好地描述吸附过程,说明吸附速率由材料表面活性位点决定,吸附过程以化学吸附为主.对Cd^(2+)的吸附机制主要是配位作用、表面沉淀作用、离子交换作用和阳离子—π键作用,吸附过程为自发的吸热过程.经过5次吸附-解吸循环后,改性后生物炭对Cd^(2+)的吸附容量仍保持在初始吸附量的80%以上,表现出良好的可重复利用性.研究成果体现绿色化学的理念,所制备的壳聚糖改性生物炭可应用于镉污染水体和土壤的修复.

关键词：生物炭壳聚糖吸附剂镉(Cd)污染吸附机制