以海藻酸钠水凝胶为骨架, 结合壳聚糖和磁性Fe₃O₄, 开发出一种新型的磁性壳聚糖/海藻酸钠复合凝胶球(MCSB)制备方法, 并通过正交试验和单因素实验, 探究不同制备条件对复合凝胶球制备效果的影响, 确定最优制备条件: CaCl₂浓度为2.5 g/L, 海藻酸钠浓度为24 g/L, 壳聚糖添加量为5 g/L, 磁流体添加量为4.64 g/L。制备出的凝胶球表面光滑, 大小均匀, 纯黑色, 呈球形, 直径在2 mm左右, 具有顺磁性。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、同步热分析(TGA)等手段对凝胶球进行表征。结果表明, MCSB的热稳定性良好, 凝胶球表面的活性基团主要有羟基、氨基、羧基等。吸附性能实验表明, 当MCSB用量为20 mg时, 对40 mL 25 mg/L Cu²⁺溶液的吸附去除率为78.13%, 表明磁性壳聚糖/海藻酸钠复合凝胶球是一种制备简单、效果良好的新型复合吸附剂。

以FeCl₃, FeCl₂和NH₃·H₂O为原料, 通过共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米颗粒(MNPs), 并将含水率为99%的剩余污泥与其复合, 制备磁性剩余污泥(MES)。采用交变梯度磁强计测定、扫描电子显微镜观察等分析方法对MES进行表征。计算磁分离后的污泥体积浓缩程度, 进行MES对磷的吸附去除研究。结果表明, MES具有超顺磁性, 其饱和磁化强度为42 emu/g, 30秒内可实现固液分离, 且分离后的MES体积为原剩余污泥体积的1/10。MES吸附磷的最适pH为4~6, 最佳磷溶液初始浓度为16 mg/L (以P计), 600分钟后达到吸附平衡。准二级动力学模型对吸附试验数据的拟合程度较高。MES对磷的吸附等温线符合Langmuir方程, 理论最大吸附量为3.00 mg/g (以P计)。磁性剩余污泥可快速、大幅度地缩减剩余污泥体积, 且对磷的吸附性能优于剩余污泥。研究结果可为处理剩余污泥提供新的途径。

以褐铁矿粉为铁源, 用聚乙烯亚胺/多壁碳纳米管(polyethylenimine/multi-walled carbon nanotube, PEI/ MWCNT)修饰石墨毡为外层, 制备含铁电芬顿阴极。PEI/MWCNT修饰层可使石墨毡电还原产生H₂O₂的能力增强: 在阴极电位为-0.95 V(vs. SCE)、曝气速率为200 mL/min的条件下, 90分钟反应器内H₂O₂的积累量为66.5±2.4 mg/L, 比普通石墨毡阴极提高56.8%。PEI/MWCNT修饰层具有较好的稳定性, 连续使用20个周期, 修饰石墨毡电还原产生H₂O₂的能力未发生明显变化。采用以制备电极为阴极的电芬顿体系处理橙Ⅱ染料模拟废水, 结果表明: 橙Ⅱ染料初始浓度为20 mg/L, 在近中性(初始pH为6~7)条件下, 60分钟内降解效率为96.8%; 制备电极具备一定稳定性, 可重复使用多次。最后对以制备电极为阴极的电芬顿体系处理实际印染废水的能力进行测试, 在近中性条件下电解2小时后, 废水色度去除率为91.7%, COD去除率为69.4%, 氨氮去除率为56.2%。

采用壳聚糖修饰电极吸附溶液中 Cu(Ⅱ)制得含铜固体电极, 将其用做新型无膜生物电化学系统(MACMCB)阴极。研究固体电极 Cu(Ⅱ)质量和外阻对 MACMCB 电压的影响。结果表明, 系统电压与含铜固体电极 Cu(Ⅱ)质量及系统外阻正相关, 最大输出电压达 0.6346 V。该系统 Cu(Ⅱ)还原效率高于 92.75%, 表明 Cu(Ⅱ)做电子受体得电子能力强, Cu(Ⅱ)几乎被全部还原。MACMCB 与微生物燃料电池(MFC)的效率对比结果表明, 在一定时间内, MACMCB 在底物降解效率和产能输出方面明显优于 MFC, 推荐含铜固体电极更换时间为 10~30 小时。含铜固体电极中 Cu(Ⅱ)主要以 CuSO₄ 分子形式存在, 放电后 Cu(Ⅱ)的主要还原产物为单质Cu, 含少量Cu₂O, 另外掺杂部分Cu元素的磷化物和氯化物沉淀。

用原位化学氧化聚合的方法合成聚苯胺/气相生长的碳纤维的复合材料, 采用SEM, FTIR和TGA对聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料的微观形貌、结构和热稳定性进行测定。SEM结果显示, 聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料属于纳米级别, 形貌与气相生长的碳纤维类似, 推测苯胺的聚合作用发生在碳纤维的表面。FTIR结果显示聚苯胺与复合材料具有相似的图谱, 进一步证实聚合作用发生在碳材料的表面, 聚合过程中未产生新的键合作用。将复合材料作为阴极催化剂修饰到碳布的基底电极上, 修饰量为5 mg/cm², 结果表明复合材料修饰的微生物燃料电池的功率密度最大值为299 mW/m², 比未修饰的燃料电池提高6.5倍。电化学阻抗谱图较好地符合Nyquist模型, 并给出等效电路图。聚苯胺/气相生长的碳纤维复合材料可以作为一种廉价且性能优良的阴极氧气还原反应催化剂。

采用水基磁性Fe₃O₄ 纳米颗粒修饰表面展示CueR蛋白的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae), 获得磁响应性能良好的磁修饰工程酵母细胞。傅里叶变换红外光谱分析表明, 磁修饰细胞较好地保留了工程酵母细胞和磁性材料的官能团。研究吸附动力学、等温吸附模型以及不同因素(如时间、温度和pH值)对磁修饰细胞吸附Ag⁺的影响, 结果表明, 磁修饰酵母对Ag⁺的吸附速率很快, 18分钟基本上达到吸附平衡; 最适宜吸附温度为20~30℃; 最佳吸附pH值等于7。磁修饰酵母对Ag⁺的吸附符合准一级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。多金属等摩尔浓度竞争条件下的吸附结果表明, 磁修饰后的工程酵母对Ag⁺仍具有选择吸附性, Ag⁺的吸附量为Ni²⁺的10.6 倍, Zn²⁺的9.0 倍, Co²⁺的7.5 倍, Cu²⁺的3.0 倍。