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1. 碳氮比对A/O-MBR工艺中污水脱氮除磷的影响研究

陶虎春, 佟浩, 王健, 黄奕龙, 张丽娟, 杨凯, 丁凌云, 乔雪姣, 豆敏, 许楠

北京大学学报自然科学版 2022, 58 (4): 680-686. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.037

摘要（667）

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PDF（pc）（2075KB）（244）

在高、低碳氮比情况下, 探究A/O-MBR现场工艺中污水氨氮、总氮和总磷的去除效率及其变化规律。研究结果显示, 随着进水碳氮比升高, 出水中总氮去除效率由(44.1±8.9)%提升至(78.5±7.9)%, 总磷去除效率未受影响。差异性代谢产物分析表明, 提升碳氮比能够增强菌群的氨基酸代谢功能, 同时促进核黄素的生物合成, 共同提升污水中氮的去除效率。

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2. 垃圾焚烧飞灰中重金属的传统与生物电沉积联用技术研究

冯振东, 雷涛, 张善发, 张丽娟, 丁凌云, 陶虎春

北京大学学报自然科学版 2022, 58 (4): 673-679. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.034

摘要（412）

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PDF（pc）（9916KB）（146）

为了探究深圳市城市生活垃圾焚烧飞灰中主要重金属含量和浸出浓度, 选择浸出浓度超标的Cu(II) (100 mg/L), Pb(II) (200 mg/L) 和Zn(II) (300 mg/L)作为研究对象, 联合生物电化学系统(BES)和传统电沉积反应器(ER), 验证从飞灰浸出溶液中分离回收Cu, Pb和 Zn的可行性和经济性。研究结果表明, BES能有效地将混合溶液中的Cu(II)还原为单质, 去除效率大于98%。分步施加1.5 V和2.5 V 外加电压, ER可以分别将Pb(II)和Zn(II)浓度由200和300 mg/L降至23.5±1.1和4.3±0.2 mg/L。系统能耗分析结果显示, BES系统每还原1 kg Cu(II), 可以产生16.55 kWh的额外电能, ER系统每处理1 kg Pb(II)和Zn(II), 分别消耗60.91和114.27 kWh的电能, 溶解性重金属离子被转化为固态单质、氧化物和含重金属盐等。BES和ER联用技术表现出回收重金属和节约电能的双重优势。

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3. 汞胁迫对Geobacter sulfurreducens PCA汞甲基化作用的代谢组影响

陶虎春, 钱璐, 张丽娟, 丁凌云, 方芳, 戴迈凡, 魏如倩

北京大学学报自然科学版 2022, 58 (3): 526-536. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.036

摘要（466）

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PDF（pc）（3937KB）（105）

采用新兴的代谢组学技术, 筛选差异性细胞代谢物, 分析甲基汞生成和调控的关键代谢通路。在典型环境污染浓度 (0~100 μg/L) Hg(II)的胁迫下, 汞甲基化微生物Geobacter sulfurreducens PCA吸附/吸收的Hg(II)成为参与汞还原和甲基化的主要反应物质。初始 Hg(II)浓度为10 μg/L时, G. sulfurreducens PCA达到最高汞甲基化效率3.09%±0.16%。代谢组学数据显示, Hg(II)胁迫对胞内的碳水化合物代谢、核苷酸代谢和氨基酸代谢造成干扰。为了应对Hg(II)胁迫, G. sulfurreducens PCA增大了对能量的需求, 用来调控汞生物甲基化反应, 并对受损DNA进行修复。

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4. 城市剩余污泥基吸附剂对水中两种喹诺酮类抗生素的去除

陶虎春, 宫一玮, 张丽娟, 丁凌云, 张善发

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (4): 765-772. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.060

摘要（834）

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PDF（pc）（2345KB）（140）

以城市污水处理厂剩余污泥为原料, 通过HNO₃活化、NaOH活化以及H₂O₂氧化改性制备吸附剂(sewage sludge-based adsorbent, SSA), 研究其对水中环丙沙星(CIP)和洛美沙星(LOM)的去除及影响因素。采用扫描电子显微镜和傅里叶红外转换光谱对吸附剂表面形貌及官能团进行表征, 采用控制变量静态吸附实验方法, 考察吸附剂投加量、温度、溶液pH和离子强度等因素对吸附剂去除两种抗生素的影响。结果表明: 实验条件下, 经过0.1 M HNO₃活化后的改性吸附剂对两种抗生素的去除效果最好, 改性后吸附剂表面粗糙的结构可为抗生素的吸附提供更多的位点, 表面含氧官能团可以通过形成氢键增强对水中有机物的吸附。当抗生素浓度为10 mg/L时, 吸附剂对CIP和LOM的吸附量分别为8.95和7.28 mg/g, 最高去除率分别为90%和73%。吸附剂对CIP和LOM的吸附过程均符合准二级动力学方程, Langmuir等温方程能够很好地描述吸附剂对两种抗生素的吸附行为, 主要为单分子层化学吸附。经5次循环使用后, 吸附剂对CIP和LOM的去除率仍可达84%和67%。研究结果可为抗生素污染控制提供一条经济有效的技术途径。

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5. 一株氢氧化细菌的生长条件及其对不同氮源利用的研究

陶虎春, 谢勇, 张丽娟, 丁凌云, 陈艺贞

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (4): 756-764. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.059

摘要（728）

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PDF（pc）（3612KB）（95）

从污水处理厂活性污泥中成功地筛选出一株自养型氢氧化细菌(Hydrogen-oxidizing Bacterium, HOB), 命名为Rhodoblastus sp. TH20。以模拟氨氮(NH₄⁺-N)废水作为培养基, 该菌株能够以H₂为能源, CO₂为碳源, 其最适宜的生长条件为25℃、160 rpm和pH=7.0。当初始NH₄⁺-N浓度为100 mg/L时, 菌株在72小时内能有效地去除NH₄⁺-N (>99%)。其中, 77.8%的 NH₄⁺-N被同化为有机氮, 储存在细胞体内, 剩余的转化为气态氮。结果表明: Rhodoblastus sp. TH20具有高效的氨同化能力, 可实现NH₄⁺-N向微生物蛋白的资源转化, 为含NH₄⁺-N污水的资源化处理提供一条新途径。

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6. 磁性CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合纳米材料对环丙沙星的光催化降解研究

陶虎春, 邓丽平, 张丽娟, 丁凌云

北京大学学报自然科学版 2021, 57 (3): 587-594. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.037

摘要（710）

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PDF（pc）（4406KB）（166）

制备一种可回收的磁性复合纳米光催化材料CoFe₂O₄/g-C₃N₄, 并对其表面形貌、元素和化学组成、比表面积、官能团特征和晶体结构进行表征与分析。以环丙沙星(CIP)为代表性污染物, 在不同温度(300^oC, 400^oC和500^oC)和复合比例(CoFe₂O₄:g-C₃N₄ = 10%, 20%和40%, w/w)条件下, 考察磁性CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合纳米材料的光催化降解能力。结果表明, 在优化的制备条件下, 投加0.9 g/L CoFe₂O₄/g-C₃N₄时, 对10 mg/L CIP (pH=6.6)的120分钟光降解率可以达到75.1% ± 0.1%。在外加磁场作用下, 该纳米材料可实现快速分离回收。经过5次循环回收利用后, 光催化能力仍能达到最初效率的 90%以上, 表现出较好的稳定性。荧光发射光谱图显示, CoFe₂O₄/g-C₃N₄复合纳米材料中的电子?空穴复合速率显著降低, 可以提高其对CIP的光催化效果。

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7. 负载零价铜的纳米多孔碳材料催化氧化罗丹明B的研究

王爱德, 冯振东, 覃大禹, 张丽娟, 朱丽丽, 张善发, 陶虎春

北京大学学报自然科学版 2020, 56 (4): 703-709. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.033

摘要（1144）

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PDF（pc）（4102KB）（132）

以铜基MOF (HKUST-1, [Cu₃(BTC)₂], BTC为1,3,5-苯三甲酸)为模板, 利用一步碳化法制备负载零价铜的纳米多孔碳材料NPC@Cu。以此 NPC@Cu为催化剂, 活化过一硫酸氢钾(PMS), 在常温常压下异相催化氧化处理模拟的偶氮染料废水。采用电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行表征, 并研究反应过程中催化剂投加量、氧化剂投加量和初始pH值对降解效率的影响。实验结果表明, 在催化剂用量为0.1 g/L, PMS浓度为2.00 mmol/L, pH值为7的条件下, 反应进行45分钟后, 浓度为0.10 mmol/L的RhB降解率可达到 100%。通过自由基捕捉实验, 证明体系中存在SO₄^–·和·OH两种自由基,表明NPC@Cu是一种性能良好的催化材料。

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8. 磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的制备及其光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素的研究

陶虎春, 梁红飞, 张丽娟, 丁凌云, 张善发, 朱丽丽, 邓丽平

北京大学学报自然科学版 2020, 56 (3): 546-552. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.026

摘要（634）

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PDF（pc）（1698KB）（100）

以三聚氰胺和铁盐为原料制备磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料, 并探究不同反应条件对其光催化降解3 种喹诺酮类抗生素(洛美沙星LOM、氧氟沙星OLF和环丙沙星CIP)的影响。光催化反应的优化条件如下: 抗生素初始浓度为3.0 mg/L, g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料初始剂量为 0.60 g/L, 温度为25℃, pH=7。在优化条件下, 洛美沙星、氧氟沙星和环丙沙星光照100分钟的降解率分别为83.6%, 60.9%和99.0%。XRD 和UV-vis分析表明, 石墨相g-C₃N₄与磁性Fe₃O₄之间存在强烈的相互作用, 导致生成更多光生电子–空穴对, 增强复合纳米材料的光催化活性。重复循环利用5次后, 磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的回收率大于90%, 光催化降解效率保持在60%以上。

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9. 两种赤潮藻对汞富集和甲基化影响的研究

陶虎春, 阳赛, 丁凌云, 张丽娟, 何宁宁, 张曜宇

北京大学学报自然科学版 2019, 55 (4): 709-716. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.047

摘要（750）

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PDF（pc）（905KB）（192）

研究塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarens)和锥状斯式藻(Scrippsiella trochoidea)两种赤潮藻对海水中汞的富集和甲基化的影响, 探讨赤潮藻对硫铁还原地杆菌 Geobacter sulfurreducens PCA (G. sulfurreducens PCA)汞生物甲基化的抑制作用。实验结果表明, 不同种类藻对汞的耐受性不同, 高浓度HgCl₂ (≥25 μg/L)抑制锥状斯式藻的生长, 而对塔玛亚历山大藻的影响较小。两种藻均可有效地富集无机汞, 但直接进行汞甲基化的效果不显著。FTIR分析发现, 藻细胞表面分泌的大量羧基、氨基和羟基等官能团是富集汞的主要位点。汞-藻-菌实验中, 当HgCl₂初始浓度为10 ug/L时, G. sulfurreducens PCA驱动的汞生物甲基化效率可达 (6.38±0.4)%, 在G. sulfurreducens PCA与塔玛亚历山大藻共存的实验组中, 汞甲基化效率为 (1.04±0.44)%, G. sulfurreducens PCA与锥状斯式藻的实验组中汞甲基化效率低至 (0.76±0.05)%, 两种赤潮藻的加入抑制了G. sulfurreducens PCA的汞生物甲基化。

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10. 表面修饰多孔微晶玻璃的制备及其对废水中钯(II)的吸附分离

陶虎春, 黄帅斌, 谷翼涵, 张丽娟, 朱丽丽

北京大学学报自然科学版 2019, 55 (2): 360-366. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2018.100

摘要（673）

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PDF（pc）（11062KB）（108）

以废玻璃为原材料, 制备表面修饰多孔微晶玻璃(Thio-aminopropyltriethoxysilane-modified porous glassceramics, TAMPG), 实现对水溶液中钯(II)的高效吸附分离。通过在废玻璃制成的多孔微晶玻璃上负载有机配体2-噻吩甲醛、2-巯基苯并咪唑和2-巯基苯并噻唑, 得到新型吸附剂TAMPG-1, TAMPG-2和TAMPG-3, 同时对钯(II)吸附过程的pH 值、温度、初始浓度和吸附时间等条件进行优化。由于原材料廉价易得, 吸附性能良好, 可循环使用, 同时具备优良的选择性和稳定性, 所以表面修饰多孔微晶玻璃既可以高效地分离钯(II), 也能产生良好的经济效益。

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11. 一种新型磁性壳聚糖/海藻酸钠复合凝胶球的制备与性能研究

陶虎春, 李硕, 张丽娟, 李金波, 阳赛

北京大学学报自然科学版 2018, 54 (4): 899-906. DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.186

摘要（801）

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PDF（pc）（1765KB）（326）

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。

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