- 杨直渝;朱科;许镇浩;张晓蝶;严凯;
近年来，随着生活水平的提高，我国药品生产和使用量急剧增加；同时个人护理产品的消费量也在快速增长，由此引发水环境中持续存在药物和个人护理产品等新污染物，其中抗生素类药物污染尤为突出。目前，基于过硫酸盐的高级氧化法，因其具有反应时间短、降解效率高、适用范围广等优点，被视为一种具有应用前景的水净化技术。本综述首先详细介绍国内抗生素的使用和污染现状，剖析抗生素的来源和迁移过程，其次系统阐述过硫酸盐的活化体系(热活化、辐射活化、超声活化、金属/非金属催化剂非均相活化等),再次深入探讨过硫酸盐高级氧化技术对抗生素的降解机理(自由基和非自由基机制),最后对该技术仍存在的问题进行了分析，对未来研究方向进行了展望。本文以期为活化过硫酸盐高级氧化技术在降解抗生素的实际应用中提供一定的参考。
2023年05期 v.37;No.209 1-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K] - 李希婷;董浩然;
新污染物是一类浓度相对较低但毒性很高的污染物，可以在生物体内富集，并通过食物链转移到人体，对环境生态和人体健康都构成很大威胁。此外，新污染物在环境中的危害具有潜在性、隐蔽性和持久性，因此选择适当的方法对新污染物进行风险管控具有重要的现实意义。在我国推行“双碳行动”的大背景下，人们对生物炭吸附去除新污染物产生了广泛的研究兴趣。然而，需要注意的是，原始生物炭在许多应用中存在局限性，例如吸附能力弱、选择性差、化学稳定性较低等。因此，有必要对生物炭进行改性，以提高其在水污染处理中的应用。目前，生物炭改性方法中，化学改性是最为广泛应用的一种方法。本文介绍了三种常见的化学改性方法，包括酸改性、碱改性以及金属盐/氧化物改性，并阐述它们提高生物炭物理化学性能的机制。此外，还分析了化学改性生物炭介导新污染物去除的增效机制，主要涉及吸附和高级氧化过程。总结了近五年来化学改性生物炭对药品及个人护理产品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、全氟化合物(PFCs)和微塑料(MPs)等典型新污染物去除方面的研究进展。最后，本文提出了化学改性生物炭介导新污染物去除的未来探索方向，旨在为水中新污染物的绿色高效去除提供参考。
2023年05期 v.37;No.209 15-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 367K] - 焦明硕;徐斌成;罗泽溪;程琛;王颖;
电催化反硝化是处理硝酸盐废水技术之一。本文综述了电催化反硝化的最新研究进展，分析了电催化反硝化直接电子转移和原子氢(H~*)介导间接还原两种反应机理，总结了电催化反硝化的决速步是将NO_3~-还原为NO_2~-以及决定产物选择性的关键中间体是NO。在此基础上，总结了元素掺杂方法及其对电极材料催化活性中心和电催化反硝化反应路径的调控效应，提出了元素掺杂是提高电极材料催化活性、产物选择性和长期稳定性的有效手段。此外，还讨论了其他因素如水质特征、运行参数等对电催化反硝化效果的影响，明确了水中共存卤素离子如Cl~-和Br~-等可显著提高N_2选择性以及大多数电极材料在中性条件下还原效果最佳。面向日益增长的硝酸盐废水处理需求，指出了电能消耗高和实际废水水质成分复杂导致副反应多是限制电催化反硝化大规模应用的关键瓶颈。由此，展望了电催化反硝化技术研究未来需要针对多种实际废水的理化性质开展长期中试试验，除了提高还原速率和产物选择性外，还要重点关注电能消耗并对处理尾水的安全性进行监测，以促进电催化反硝化技术的进一步发展和实际应用。
2023年05期 v.37;No.209 25-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 539K] - 吴丹妮;欧阳思蜜;梁柏均;郭旭;赵和平;赖春宇;
随着社会不断发展，民众对饮用水质量的要求日益提高。地下水作为重要的饮用水来源，正面临严峻的氧化态污染物污染问题。近年来，一种以气态烷烃作为电子供体的膜生物膜反应器(Membrane Biofilm Reactor, MBfR)技术在处理地下水中氧化态污染物方面展现出良好的效果与优势。本文首先阐述了气态烷烃基质MBfR去除氧化态污染物的工作原理及其技术特点。其次，论述了气态烷烃基质MBfR还原硝酸盐、高氯酸盐等不同种类氧化态污染物的可行性与有效性。随后，列举了气态烷烃驱动氧化态污染物还原过程中烷烃氧化菌、污染物还原菌等核心功能菌及相关功能酶，并阐明了其中的微生物作用机制。最后，提出了该技术在应用推广方面所面临的挑战，并阐述了相应的解决思路。本文为地下水中氧化态污染物的绿色、低碳控制提供了新的思路，对天然气利用及地下水修复的新技术研发具有重要的理论指导意义。
2023年05期 v.37;No.209 36-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 548K] - 王勇;吴昊峰;金艳;罗贵铃;巢艳红;朱文帅;
为减少工业制药废水中的土霉素污染，采用绿色、快速的球磨工艺一步合成了铁掺杂氮化硼纳米片(Fe-BN),并研究了其对制药废水中土霉素的去除性能。利用球磨的物理机械力，同步实现商品氮化硼的高效剥离和铁基活性中心的掺杂。通过XRD、FTIR、XPS、TEM、N_2-吸附脱附曲线等表征分析吸附剂Fe(5%)-BN的理化性质，并系统研究了其对土霉素(OTC)的吸附性能和机理。结果表明：Fe(5%)-BN的比表面积在球磨45 min后提升了3倍以上，Fe元素主要以Fe_2O_3的形式掺杂在BN片层结构中，OTC在Fe(5%)-BN上的吸附容量相较其前驱体商品氮化硼提升了约7.7倍；吸附符合准二级动力学模型和Freundlich等温线模型，吸附过程为自发吸热，吸附机理主要是阳离子桥作用、静电相互作用和π—π作用；经过4次吸附-解吸循环后，OTC的去除率仍高于94%,循环稳定性良好。
2023年05期 v.37;No.209 47-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 925K] - 张贤胜;孙婧雯;刘智峰;
针对四环素类抗生素污染物在水中不断累积，对人体健康和生态环境造成严重危害这一问题，本研究制备了CoFe_2O_4/MnO_2新型复合材料，并将其作为高效过一硫酸盐(PMS)活化剂，用于降解水体中的盐酸四环素(TCH)。降解结果表明CoFe_2O_4/MnO_2-PMS体系具有突出的TCH去除效率，反应40 min后，去除率可达92.7%,远高于单一催化剂-PMS体系。影响因素实验结果显示，CoFe_2O_4/MnO_2-PMS降解体系具有广泛的pH适用性，并且在各种阴离子的存在下仍能保持较高的降解活性。此外，CoFe_2O_4/MnO_2-PMS降解体系具有良好的稳定性和可重复利用性，在5次循环后仍保持较高的催化活性和TCH降解率。机理分析表明CoFe_2O_4/MnO_2复合材料在催化PMS降解TCH的过程中，存在Co~(2+)/Co~(3+)、Fe~(3+)/Fe~(2+)和Mn~(3+)/Mn~(4+)的价态循环并参与电子转移过程，从而使得活化过程中SO_4~-·和·OH被充分释放，并通过一系列典型的链式反应高效降解TCH。
2023年05期 v.37;No.209 57-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 5857K] - 孟庆杰;王慧;康旭;刘文宗;
污泥裂解液是污泥热水解过程中产生的含有大分子有机物的高浓度溶液，通常采用厌氧消化来实现降解转化及资源回收，但在热转化过程中，美拉德反应产物等难降解有机物会导致成厌氧转化效率较低，产甲烷效率也不高。为了解决这个问题，本研究提出了利用微生物电解辅助厌氧消化(ME-AD)系统对污泥裂解液进行强化处理和资源化的方法，旨在考察大分子有机物的降解效能和短链脂肪酸(SCFAs)转化效率。研究结果表明，与实际污水厂通常处理稀释5倍后的裂解液相比，采用ME-AD直接处理裂解液原液可以提升厌氧降解效率。在序批周期内，COD的去除率为40.2%,比传统厌氧转化提高了15.6%;强化降解污泥裂解液中复杂有机物转化为SCFAs,在第五天强化厌氧发酵过程中，SCFAs的产生达到了最高浓度40.0×10~5 mg/L,其中乙酸的占比最高，达到了68.1%。该研究可为解决污泥裂解液处理难题和污泥资源化利用提供思路。
2023年05期 v.37;No.209 71-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 677K] - 陶娟;曲琛;
合成染料的高毒性、难降解性等引发的环境问题受到广泛关注，因此开发新型废水处理脱色剂及高效脱色工艺对染料进行无害化处理是染料脱色领域的研究重点。金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是金属与有机配体通过配位键自组装而成的杂化晶态多孔材料，具有高孔隙、大比表面积、丰富的活性位点等结构优势，成为染料脱色研究的热点材料。本文根据废水中的染料脱色工艺分别综述了近年来MOFs作为吸附剂进行吸附脱色，MOFs作为漆酶载体进行生物降解脱色，MOFs作为催化剂进行光催化脱色，MOFs作为过硫酸盐活化剂进行高级氧化脱色，以及MOFs作为前驱物煅烧生成金属氧化物催化脱色等的研究进展。本文最后对MOFs在染料脱色领域的研究进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。
2023年05期 v.37;No.209 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 347K] - 胡少刚;张婧;杨武霖;
作为植物生长的必需营养元素之一，磷在现代农业的发展中发挥着不可忽视的作用，并且需求量巨大。由于全球的磷储量有限且磷资源不可再生，污泥焚烧灰因其中磷含量较高且年产量巨大被认为是一种潜在的二次磷资源。本文综述了基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究现状，该技术主要包括磷提取过程及后续的磷产品生产过程。磷提取过程主要包括基于酸性试剂的酸提取技术，基于碱性试剂的碱提取技术以及多种方式组合的连续提取技术。磷产品生产过程主要通过化学沉淀和晶体沉淀的方法从富磷溶液中生产磷产品，一般为钙磷、鸟粪石以及蓝铁矿，这三种磷产品都可以作为磷肥促进植物生长。基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷产品的难点是其中富集有大量的重金属等杂质元素，因此需要通过各种纯化预处理手段降低溶液中的杂质含量，以提高后续回收的磷产品纯度。本文总结了基于湿化学技术的各种纯化预处理手段，主要包括离子交换除杂技术，磷吸附-解吸附技术，以及通过控制pH的沉淀除杂技术等。本文探讨了从污泥焚烧灰中回收磷产品的可行性及必要性，总结了基于湿化学技术从其中回收磷产品的方法及技术路线，分析了湿化学技术回收污泥焚烧灰中磷产品的基本原理，为开发新的从其中回收磷的技术提供了参考。
2023年05期 v.37;No.209 86-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1107K] - 罗振宁;徐斌;唐玉霖;何欢;朱斌;张天阳;
城市给水厂产生的污泥量大、有机物含量低、无机污染风险高，其绿色低碳处理和资源化利用已成为我国供水行业实现“双碳”目标进程中亟待解决的重要问题之一。本文从国家行业政策与给水厂污泥性质等方面进行了讨论分析，并归纳了处理方法和资源化利用发展趋势。目前，常用的给水厂污泥处理方法包括水体排放、市政排污和陆地填埋等。然而，这些方法存在环境风险、堵塞设施、占用土地、碳排放量大等难题。基于城市给水厂污泥的特性，其潜在的资源化利用方法包括合成吸附材料、混凝/沉淀材料、再生盐材料、建筑材料和农林材料等。若能突破上述关键技术，实现给水厂污泥从“处理”到“资源化利用”的途径转变，将对我国城市供水行业的绿色低碳运行起到重要推动作用。
2023年05期 v.37;No.209 99-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 3188K] - 邹正康;郭晓;梁莎;许笑笑;段华波;杨家宽;
随着我国城镇化水平持续提升，市政污泥的年产量已经超过7 000万t。市政污泥中除了有机组分和营养元素外，还含有致病菌、重金属等污染物，存在潜在的环境风险。随着污泥产量逐年增长，污泥处理处置“无废城市”建设面临的突出难题。近年来，随着污泥热转化技术的研究和发展不断深入，其在污泥处理和处置方面展现出较大的应用潜力。本文综述了典型污泥热化学转化技术的研究和示范应用进展，重点总结了污泥焚烧、热解、气化和水热处理等热化学转化技术的基本特点、影响参数、产物组成及热转化产物的资源化利用途径等方面的最新研究成果，同时，对污泥与其他有机固废协同处置的研究和应用进展进行了总结。此外，还对不同污泥热化学转化技术的碳排放强度和水平以及其核算方法进行了总结分析。在此基础上，对污泥热化学转化技术未来的研究方向提出了展望，以期为选择及优化污泥的处理和处置方法提供参考。
2023年05期 v.37;No.209 110-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1148K] - 支忠祥;韩宇乐;陆雪琴;孙雨薇;甄广印;
城镇化快速发展导致大量污水污泥(Sewage Sludge, SS)和餐厨垃圾(Food Waste, FW)等有机固废的排放和产生。将微生物电解池(Microbial Electrolysis Cell, MEC)引入到厌氧消化(Anerobic Digestion, AD)过程可实现其高效的甲烷转化。本研究探究了间歇通电和电极反转对MEC-连续搅拌式反应器(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)的影响。结果表明，在1.2 V的外加电压和15 d的污泥停留时间(Sludge Retention Time, SRT)的条件下，MEC-CSTR运行良好，甲烷产率达到(741.9±99.2) mL/L_(-reactor)/d。短暂断电(2 d)未对系统各项性能造成不良影响，而过长断电(7 d)则会降低反应器的有机物水解效果和甲烷产量；同时，连续电极反转会引起甲烷产量((541.7±32.0) mL/L_(-reactor)/d)的下降；然而，无论间歇通电亦或电极反转均未对消化液的理化性质和系统稳定性造成不良影响。本研究可为MEC系统提升SS和FW协同厌氧能源化工程的优化实施提供新的解决思路。
2023年05期 v.37;No.209 121-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1111K] - 张屿;赵义军;曾光;张文达;张林瑶;孙绍增;
在双碳战略下，氨作为新型零碳燃料逐渐受到关注。针对氨燃烧存在着火困难、火焰速度低、可燃性范围较窄的问题，本文从氨的基础特性出发，总结了改善燃料活性(掺混燃烧、富氧燃烧)、热质传递强化和辅助燃烧等强化燃烧技术对火焰传播速度的影响，探究了强化燃烧过程的影响因素及其作用机理。掺混燃烧可以显著提高氨燃烧速度，其中氢气是最有效的强化燃烧剂，随着掺氢比的增加，氨/空气层流火焰速度呈指数型增加；随着碳基燃料掺混比提高，氨/空气层流火焰速度多呈线型增加。富氧燃烧可以显著提升氨燃烧速度，且不会产生碳排放。随着氧化剂氧含量的增加，层流火焰速度呈线性增加。调控燃烧参数的强化燃烧能力有限，而采用辅助燃烧技术则可以针对氨燃烧的不同工况和结构进行灵活调整并实现燃烧的精准强化。在未来氨燃料强化燃烧技术发展中，针对改善燃料活性，可以调整燃料掺混、喷射策略；针对强化热质传递过程，可以优化设计燃烧器结构、燃烧组织方式和调控燃烧参数。此外，可以结合新兴的辅助燃烧技术共同强化氨燃烧并拓宽稳燃边界，在强化燃烧的同时结合NO_x排放控制技术，这是实现氨清洁高效燃烧的重要途径。
2023年05期 v.37;No.209 129-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 2038K] - 沈炜炜;曹斌;何思蓉;蒋鼎;穆茂;王爽;
木质素是一种复杂的三维非晶态天然芳香聚合物，将其转化为生物燃料替代传统化石能源方面展现出巨大潜力。热解技术已被证实是将木质素转化为高值化学品的有效途径，然而，直接热解过程中普遍存在产物选择性低、产物稳定性差等难题，这些问题限制了木质素的高效转化及工艺经济性。目前，催化快速热解技术在克服上述挑战方面已经取得了显著进展。本文详细阐述了木质素的基本结构单元与其多样的连接模式，介绍了木质素的主要来源和不同种类。基于木质素的热解特性，对其热解过程的关键阶段(初始阶段、主要阶段和碳化阶段的演变)进行了深入阐述。本文还对催化快速热解的必要性进行了探讨，并对常用催化剂进行了全面介绍和综述。最后，对木质素催化快速热解在解聚和增值方面的未来发展方向进行了展望。
2023年05期 v.37;No.209 145-158+208页 [查看摘要][在线阅读][下载 1079K] - 张天宇;何晓满;章斐然;解佳乐;刘丽敏;林日琛;肖睿;
二氧化碳还原制备高附加值化学品及燃料是实现零碳排放的重要技术手段，但如何高效、可持续地将二氧化碳转化为更高值的长链分子仍是巨大挑战。相较于传统热化学等技术手段，电催化还原可以在更温和条件下实现产物的高选择性，并且可与生物转化技术耦合，将短碳链分子转化为具有更高附加值的长碳链产物。本文系统综述了二氧化碳电还原过程中电极、催化剂、离子交换膜和电解质四个方面的研究现状，并探讨了影响其性能的关键因素。通过调整铜基催化剂的电子结构、表面结构和配位环境，可以有效强化碳-碳偶联反应，从而可显著提高安培级别的电流密度下C_(2+)产物的法拉第效率。随后介绍了电还原二氧化碳耦合生物发酵延长碳链方面的研究进展，主要从原位耦合和异位耦合两个角度阐释了该耦合技术的优势与挑战。
2023年05期 v.37;No.209 159-173页 [查看摘要][在线阅读][下载 2414K] - 张仕凯;罗沧海;郑园;肖垚;陈东;
精细化工、环境保护、生物药物等领域通常对化学反应连续性、选择性、安全性等有较高要求，尤其是在涉及强放热反应时，控制不当极易引起火灾甚至爆炸。强化传热传质是解决这些问题的关键。相较于传统的釜式反应器，微反应器具有传质传热效率高、反应参数控制精准、可连续化操作和高效安全等优点。本文总结了微反应器在化工过程的应用，首先分析了微反应器的结构特点与优势，其次总结了强化流体流动、减小传热距离和增大传热比表面积、选择高性能冷却介质以及高导热材料等强化传质传热策略。然后介绍了微反应器在典型强放热反应中的最新应用，包括过氧化反应、硝化反应和重氮化反应。最后总结了微反应器技术的机遇和挑战，从而为微反应器在工业生产领域的设计、制造、应用提供指导。
2023年05期 v.37;No.209 174-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 2329K] - 翁志奇;邓斌;张鑫伟;李国能;郭文文;汤元君;郑友取;
为提高电动汽车动力电池包在高温环境下的安全性，设计并测试了一个热电制冷系统，采用了自行开发的肋柱型散冷器，安装了6个热电制冷模块，并采用循环冷却水进行热端散热。在测试中，当输入功率为273.6 W时，热电制冷系统的能效比随散冷风速和冷却液流量的增加迅速增加，然后趋于稳定，最佳的散冷风速和冷却液流量分别为2.5 m/s和33.3 mL/s,系统最大能效比为0.26。针对于一个储电量为36 kW·h的锂电动力电池包，电池包箱体内的温度在不同的产热率(50～200 W)下的降温幅度均超过20℃。动力电池包在200 W的产热率下，其内部温度从68℃降低到45℃以内，表明设计的热电制冷系统可有效降低动力电池包内的温度，从而提高电动汽车的安全性。
2023年05期 v.37;No.209 183-189页 [查看摘要][在线阅读][下载 1347K] - 菅月诚;彭娜娜;高艳珊;王强;
随着全球气候变化问题的日益严重，我国做出了“双碳”目标的承诺。目前，我国尚未从根本上解决PM_(2.5)污染问题，与此同时，O_3污染逐渐加剧，各地PM_(2.5)和O_3复合污染事件频发。因此，持续改善PM_(2.5)和O_3污染问题对保护人民健康和实现碳中和目标方面具有重要意义。为了更好地理解和应对PM_(2.5)污染问题，本文概述了NO_x和NH_3排放以及二次有机气溶胶对PM_(2.5)污染的影响；同时，总结了当前排放源(氮氧化物、挥发性有机物)和气象要素(温度、相对湿度、紫外辐射强度、风速和边界层高度等)对O_3污染影响的研究，为改善我国O_3污染以及制定减排策略提供方法和理论支撑。此外，综述了我国在PM_(2.5)和O_3复合污染区域研究、化学影响机制以及协同减排等方向的研究进展，旨在为我国空气质量改善以及“双碳”背景下PM_(2.5)和O_3复合污染的协同治理提供相关参考和指导。
2023年05期 v.37;No.209 190-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 1699K] - 韩尊师;卢浩;赵文君;王泽宇;肖志博;
颗粒物在换热通道内的沉积会显著降低换热效率。为了提高换热器的性能，更好地理解颗粒物在换热通道中的沉积特性对于提高换热器性能至关重要。利用雷诺应力模型(RSM)和离散颗粒模型(DPM)对三维凹凸酒窝通道中颗粒的沉积特性进行了模拟。在网格无关性测试和数值验证之后，对凹凸酒窝通道中的流动结构、二次流、温度分布和颗粒沉积分布进行了分析和研究。研究结果表明，影响颗粒在凹凸酒窝通道中沉积特性的主要机制是重力、热泳力、湍流结构、二次流和颗粒惯性，这些机制的影响随颗粒大小的变化而显著改变。对于小颗粒(d_p≤10μm),凹凸酒窝结构的存在会促进沉积；但对于大颗粒(d_p>10μm),凹凸酒窝结构的存在只会对颗粒沉积位置的分布产生很小的影响。
2023年05期 v.37;No.209 201-208页 [查看摘要][在线阅读][下载 1624K] - 褚恒;王登辉;吴锋;黄钰坪;
近年来，天然气低氮燃烧技术层出不穷，然而单一低氮技术的控制效果始终有限。为实现天然气清洁燃烧和低氮排放，设计了一种集分级燃烧、旋流燃烧和烟气再循环等低氮技术于一体的新型低氮燃烧器，以降低燃烧过程中氮氧化物的生成和排放。建立了功率14 MW的燃烧器模型并对其进行数值模拟计算，分析了不同燃烧器结构和运行参数下燃烧器出口附近温度场、速度场以及氮氧化物(NO)浓度场，探究了混合气体旋流强度和二次风出口速度等因素对低氮燃烧性能的影响，优化该燃烧器的结构和运行参数使其达到最佳低氮性能。结果表明：优化前的燃烧器可使燃气在出口截面分布均匀并与空气充分混合，出口截面NO质量浓度已经低于30 mg·m~(-3)的低氮排放标准；燃气支管数量优化为8根时，高温区的集中度和氮氧化物的排放量最低，出口截面NO质量浓度低至7.61 mg·m~(-3);一次风和燃气混合气体旋流强度S_0优化为0.6时，出口截面NO质量浓度低至5.04 mg·m~(-3),S_0越大，产生的旋流效果越好，炉膛内的烟气内循环效应越明显；二次风出口速度优化到15～30 m·s~(-1)范围内时，能形成“山”字型的氮氧化物分布特征，有效降低氮氧化物的排放，炉膛出口截面NO的平均质量浓度能够降至4.91 mg·m~(-3)。优化后的新型低氮燃烧可使NO接近零排放，为后续的实验和工程实践提供重要参考。
2023年05期 v.37;No.209 209-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 2672K] 下载本期数据