水系液流电池再突破:高比能量低成本多硫化物-碘液流电池

世界范围内化石能源短缺及燃烧化石能源所带来的生态环境恶化成为制约人类社会发展的重要问题。随着社会对新能源和可再生能源的诉求日益加深,如何科学解决其非稳态特性,缓解电力系统供需矛盾,对储能技术的发展提出了更高的要求。近日,香港中文大学的卢怡君(点击查看介绍)团队研发了一种新型高能量密度且成本低廉的多硫化物-碘液流电池技术。作为当代社会有效利用随机性和间歇性可再生资源(如太阳能、风能)的关键因素,储能技术,尤其是电化学储能技术的发展具有重要的意义。其中,液流电池储能技术(RFB)具有输出功率和电池容量相互独立,系统设计灵活等特点,是大规模电网能量储存应用中重要的成员之一。传统的水系全钒液流电池具有较高的输出功率,但其材料成本较高,能量密度很低(25 Wh L-1),这些问题削弱了其在固定化电网系统和可移动电源领域的竞争力。近年来,一些半固体非水系液流电池显示出其在提高能量密度方面的潜力,然而,非水系液流电池的功率通常比水系液流电池低1-2个数量级。此外,非水电解质的成本明显高于水系电解质的成本,还存在安全隐患。为了实现液流电池高能量密度和低成本的目标,香港中文大学研究团队使用在水溶液中高度可溶及廉价的多硫化物和碘化物的水溶液作为负、正极电解液及电池电化学反应活性物质,研发了一种新型液流电池体系—多硫化物-碘液流电池(PSIB)。该新型液流电池系统具有稳定的循环特性(经50圈充放电循环后,电池容量保持率高达97%),高库伦效率(>93%)和高能量密度 (43.1 Wh/L)等优点。与此同时,相比于传统全钒液流电池(VRB),多硫化物-碘液流电池降低了近一半的材料成本(VRB:$ 152.0 - 154.6 kWh-1;PSIB:$ 85.4 kWh-1)。其理论能量密度也十分诱人(80 Wh L-1),是全钒液流电池的3倍左右,是一种极具潜力高比能量的电池体系。另外,该体系电解液组成简单,无腐蚀性挥发气体产生,也是一种清洁环保的储能手段。研究团队在电池电极反应动力学及离子交换膜等基础研究方面也做出了努力,为该体系未来的改进工作提出了有益的指导建议。首先,他们采用四电极电池研究了电池能量损失来源;其次,利用在线紫外-可见光谱来研究多硫化物和碘的氧化还原反应的反应机理和反应中间产物。研究结果显示,离子交换膜的改进及三碘化物和多硫化物中间产物的稳定是未来改进工作的主要方面。这一成果近期发表在《Nano Energy》上,文章的第一作者是香港中文大学博士研究生李喆珺。该论文作者为:Zhejun Li, Guoming Weng, Qingli Zou, Guangtao Cong, Yi-Chun Lu原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):A high-energy and low-cost polysulfide/iodide redox flow batteryNano Energy, 2016, 30, 283-292, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.09.043导师介绍卢怡君http://www.x-mol.com/university/faculty/37837X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714)

城市空气污染,全球性的问题

人类历史上曾发生过多次严重的空气污染事故,如1943年美国洛杉矶光化学烟雾事件、1952年英国伦敦烟雾事件、1961年日本四日市哮喘事件等。2016年5月,世界卫生组织(WHO)报告称超过80%的城市空气污染水平高于其推荐的健康限度,在中低收入国家这一数值竟窜至98%。空气污染物包括粉尘、灰尘、烟灰等组成的可吸入颗粒物,它们还有个“耳熟能详”的名字——PM10(空气动力学当量直径≤10微米的颗粒物)和PM2.5(空气动力学当量直径≤2.5微米的颗粒物)。中国近些年饱受可吸入颗粒物的困扰,2016年末至2017年初笼罩全国大部分地区的重度雾霾天气,让多个城市的空气质量指数(AQI)爆表。更糟糕的是,颗粒物只是空气污染物的一部分,其他污染物还有氮氧化物、硫氧化物、臭氧、一氧化碳等。城市空气污染显然是一个日益严重的全球化问题,不同国家所面对的问题还有所不同。图片来自网络发达国家的苦恼尽管现在发达国家的空气质量整体较好,但不少城市也逃脱不了空气污染的阴影。例如,英国空气中可吸入颗粒物的浓度一般都符合欧盟标准(PM10 40 μg/m3,PM2.5 25 μg/m3),但二氧化氮(NO2)水平却经常超标,屡次登上新闻头条。欧盟对于大气中NO2的限度是40 μg/m3,2015年英国有40%的地区超过了这一限度。此外英国立法机构还规定每年NO2浓度超过200 μg/m3的时间加在一起不能超过18小时,而这条规定近些年在伦敦屡次被违反。2016年,伦敦多条街道的NO2浓度在五天之内就突破了这一限制,而2015年,Oxford Street突破这一限制仅仅用了四天。这种情况让英国政府陷入了多起环保诉讼,包括近期诉至英国最高法院的一次官司,这些官司也使英国对空气污染的公众意识进一步增强。除了英国政府,多个欧洲国家(比利时、捷克、德国、波兰等)政府也面临类似问题。国内民众和组织的诉讼只是一方面。2014年,欧盟委员会对外宣布,决定对英国治理空气污染不力采取法律行动。英国因此成为第一个因为空气质量未达标而被欧盟采取法律行动的国家,面临每年超过3亿欧元巨额罚款的风险。现在英国已经脱欧,对英国人来说可谓机遇与挑战并存,英国既有可能设定比欧盟标准更严格的法律,也有可能以脱欧为借口,将标准降低。实时空气监测系统伦敦的一个空气监测站。图片来源:Mike Phillips/Alamy Stock Photo/Chemistry World为监测空气质量是否达标,很多国家都安装了空气质量的实时监测网络,英国也是一样,现在由位于国王学院的环境研究组管理全英的300多个监测点。当年的“雾都”伦敦大大小小33个行政区域,每个都安装了1个到6个空气质量分析仪。这些监测点共同组成了伦敦空气质量网LAQN(London Air Quality Network)的一部分。 LAQN每15分钟采集一次数据,每小时出一次报告,然后在网上公布数据。这些数据除供立法机构参考外,也用于科研,指导户外活动以及对空气污染敏感人群如哮喘、慢阻肺病患者的生活工作等。解决一个问题,可能造成另一个问题英国的NO2超标与柴油车不无关系,因为比汽油车排出更少的CO2,2001年英国对柴油车推出税收激励政策,结果使柴油车的比例大增,从上世纪的九十年代的5%上升至今日的40%左右,欧盟也有类似的情况。结果,柴油车产出更多的氮氧化物NOx。柴油发动机的碳排放量更少,曾一度认为比汽油发动机更好,但也带来了氮氧化物排放问题。图片来源:iStock/Chemistry World最近十来年柴油车开始配备氧化催化剂来处理尾气,它们对付还原型污染物如CO、碳氢化合物等很有效,但存在一个副作用,会将NO氧化为NO2,这是排放NO2增加的主因。有些学者认为,NO2带来的健康威胁可能比NO更大。2015年大众汽车的排放门丑闻则进一步暴露了柴油车的痛点,大众汽车在日常行驶时排放的氮氧化物要比测试时的数据多得多。现在也有一些技术能够真正降低柴油车的氮氧化物排放,不过已有的柴油车还要在路上跑十来年,新技术的效果要等一些年才能显现。相较之下,现代的汽油发动机使用三效催化剂,排放物已经大幅减少。还有近几年出现的弹性燃料(flex-fuel)汽车(指既可以使用纯乙醇、汽油,也可使用二者混合物的汽车),尽管可能增加生物燃料的使用,但也有增加空气污染物(例如二次有机气溶胶)排放的风险(Atmos. Environ., 2015, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.07.006)。除了新技术的使用,车辆的驾驶条件有时也会增加污染物的排放。在大城市堵车十分常见,车速低且不断的启动和停止,会降低尾气处理催化剂的效果。即使汽车尾气能够减少,车辆还有其他方式会造成空气污染,如刹车片和轮胎磨损、路面扬尘等引起的颗粒物等。污染源解析现在颗粒物污染研究最棘手的部分已经研究清楚,能分辨出不同粒径颗粒物的来源。为监管方便,可以将这些颗粒物合在一起统计,科研人员还是有必要把它们区分开来。每一种污染源都有特定的碎片或组分,对高分辨质谱进行数据分析,就能确定每个污染源的组分,这就是污染源解析。瑞士保罗谢勒研究所(Paul Scherrer Institute,PSI)的Urs Baltensperger是空气污染领域的知名学者,也是大气化学实验室负责人。他们的研究有助于监管机构决定提高空气质量的最佳方式,现在他和美国科罗拉多大学的Jose-Luis Jimenez在研究气溶胶——液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。由于气溶胶粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小,因而它们不像气态分子那样服从气体分子运动规律也不会受地心引力影响而沉降。气溶胶中的颗粒物(人造源和自然源),成分既有无机物(如硫酸铵、金属和铝氧化物等)也有有机物(如萜烯等)。气溶胶可分为一次气溶胶和二次气溶胶,一次气溶胶由污染源直接释放到大气中的污染物颗粒组成,如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等;二次气溶胶中的颗粒物由大气中的某些污染物组分(如二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物、挥发性有机化合物等)通过光化学反应或与大气其他组分之间的反应转化而成,如二氧化硫转化为硫酸盐等。分析这些污染物的来源并不容易。2014年Nature 刊登了2013年1月中国东、南、西、北四个典型城市上海、广州、西安、北京的空气污染源分析(Nature, 2014, DOI: 10.1038/nature13774)。污染源除了熟悉的交通运输、煤炭燃烧、生物质燃烧、烹饪和粉尘外,更重要的是二次气溶胶的形成,这是大范围严重雾霾的重要原因,贡献了PM2.5的33%-77%,而二次有机气溶胶和二次无机气溶胶的危害性相差不大。2014年6到8月,中国华北平原南部农作物田间焚烧导致当地PM2.5增加34%,这些粒子受风作用甚至影响到北京(Atmos. Chem. Phys., 2016, DOI: 10.5194/acp-16-9675-2016)。北京、上海、广州、西安城市污染的化学组分和来源。图片来源:Nature健康影响空气污染增加了多种疾病的风险如呼吸系统疾病、心脏病、中风和癌症。2016年2月,全球疾病负担组织报道约550万人因空气污染死亡,WHO报道5岁以下儿童死因有10%与空气污染相关。颗粒污染物还可能侵入大脑引起神经退行性疾病如阿尔兹海默症、痴呆症等,目前可能的途径有(1)颗粒物进入鼻腔沿着嗅球进入大脑,直接导致老年斑和其他问题;(2)颗粒物影响鼻黏膜上皮的排列,引起炎症从而损伤大脑;(3)颗粒物进入肺部并产生炎症,释放损伤大脑的细胞活素(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal0656)。颗粒物引起大脑问题的可能途径。图片来源:Science现在不同种空气污染物造成的健康影响还没有彻底研究清楚,监管机构一刀切的按照颗粒粒径来划分,这是否合理还值得继续探讨,因为颗粒尺寸一样并不意味着毒性相同。我们现在只知道空气污染物增加会导致严重的健康风险,至于具体原因仍不得而知。因此,研究气溶胶中特定物质对人类健康的影响也是Baltensperger课题组的兴趣所在,他的研究组在气室中模拟大气化学进程,然后将不同阶段的气溶胶和肺细胞共同培养,测试气溶胶对肺的影响。如果能够清楚认识到哪种污染物从哪里来,如何形成,对人体有什么样的影响,这就能帮助监管机构制定最合理的空气政策,在经济快速发展和空气污染防治之间找到平衡点,并最终促进人类健康。本文部分内容编译自:https://www.chemistryworld.com/feature/urban-air-pollution/2500224.article

中化重庆涪陵化工被环保组织告上法庭

两年多时间在生产中存在环境违法行为,被处以十数次行政处罚后仍然拒不改正,尤其是其违法堆放磷石膏粉的行为己经对周边环境带来了极大损害,并造成重大社会影响。1月19日,重庆市第三中级人民法院发布公告证实,中化重庆涪陵化工有限公司被中华环境保护基金会以环境污染责任纠纷为由告上法庭并于17日立案受理。中华环境保护基金会认为,中化重庆涪陵化工有限公司除应该承担行政责任外,还应承担相应的民事赔偿责任。http://www.cqtimes.cn/news/article/id/1705510/nowCat/163.html

大气圈二氧化碳含量增长停滞?陆地吸收增加或为主因

地球表面的温室气体二氧化碳含量一直是人们关注的一大环境问题。根据研究显示,海洋和陆地生物圈每年吸收45%的人类活动引起的碳排量。二氧化碳的吸收量每年都不一样,会受到比如火山喷发、厄尔尼诺现象或者其他自然活动的影响。其中最主要的因素是来自陆地的因素。这种影响会反馈到大气圈中二氧化碳的含量,并且最终反映到全球变暖的速率上去。在过去的50年间,每年被海洋和陆地吸收的二氧化碳的量翻了两倍还多。尽管对于生态系统的破坏的力度和严重程度每年都有所增加,比如说干旱、野火和虫害,但是研究者将观测到的海洋和土地碳吸收仍然归因于海洋和陆地吸收量的增加。目前,陆地吸收量增加的现象没有被量化研究过。最近,来自劳伦斯伯克利国家实验室的Trevor F. Keenan等人发现,大气圈的二氧化碳含量增长目前出现暂时性停滞。他们把这一现象的原因归于陆地碳吸收量的增加。他们通过全球碳排放预算测算、陆地、大气以及卫星观察,加上多样性的全球植被模型,系统研究了陆地碳吸收含量加强的机理。文章最后强调有必要保护好现有碳存量和吸收碳的区域,尤其是那些碳吸收量迅速增加的地方,这一工作发表在了Nature Communications上。图1,(a) 观测到大气中二氧化碳含量以及变化速率 (b)化石燃料排放量以及大气中剩余CO2量。图片来源:Nat. Commun.Trevor F. Keenan等人的数据表明(图1b),1960s到1990s大气中二氧化碳含量一直在以每年1.8%的速率稳定提高(虽然存在年度波动)。然而21世纪以来,其含量开始以2.2%的速率下降。在同一时间内,人类活动产生的化石燃料排放量一直在快速提高。二氧化碳含量的变化导致了二氧化碳增长速率的变化。图1a显示,从有数据的1959以来的三十年,二氧化碳含量增速从0.75到1.86 p.p.m.。2002-2014年二氧化碳增长速率已没有显著改变,明显偏离了最开始的线性预测。图2,陆地碳循环的长期变化。图片来源:Nat. Commun.然而,根据卫星观测的数据和DGVMs(dynamic global vegetation models)全球的模拟来看,陆地的二氧化碳吸收量一直处于稳定的增长。我们可以从图2中看出,陆地的吸收量已经从1950s的1-2 PgC/year到 2000s 的 2-4 PgC/year, 这与已有的一些数据相一致。图3,地球变暖对于陆地表面以及全球生物系统呼吸作用的影响。图片来源:Nat. Commun.2002-2014年二氧化碳增长率停滞的时间段与全球变暖对植被土地的升温影响显著减缓相重合,如图3所示。本世纪初以来,全球变暖使得植被土地的温度十年间上升了0.10 ℃。而对比前两个世纪,升温速率是十年间上升了0.32 ℃。根据卫星数据的估测,全球变暖的停滞大约使得温度驱使的生物系统呼吸作用减弱了60%。全球变暖的影响存在地区差异,比如说美国西部和亚洲大部已经能观测到明显的变暖减缓,而美国东部仍然在加速变暖(图 4)。光合作用-呼吸模型显示,在全球范围内,温度驱动的植物呼吸作用降低,以及碳总量(GPP)增加的刺激可能合力促进了全球生物系统的净吸收量。图4,不同因素对碳循环长期改变的影响。图片来源:Nat. Commun.从图4中还可以看出,虽然缺乏直接证据显示全球升温促进了大气中二氧化碳增长速率的停滞,但是DGVM模型显示,温度升高是碳吸收量升高的首要驱动因素。最后作者用碳含量与呼吸作用以及光合作用之间的关联,并借助以前的数据在这二者之间建立了联系。—— 简评 ——作者通过一些收集和观测数据从一个比较反常的现象出发,首先通过对数据的逐步量化分析建立一些初步的结论,再与模型计算和前人已有的实验结果进行比较,在没有直接联系的现象和机理之间巧妙地建立了逻辑关系,对二氧化碳的动态变化这一复杂的体系进行了系统的阐释,方法巧妙,结论也较为新颖。原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Recent pause in the growth rate of atmospheric CO2 due to enhanced terrestrial carbon uptakeNat. Commun., 2016, 7, 13428, DOI: 10.1038/ncomms13428(本文由殢无伤供稿)

世界最大碳捕集项目正式启动

美国电气与电子工程师协会(IEEE)官方网站日前报道,世界上最大的碳捕集项目——投入10亿美元的“佩特拉诺瓦(Petra Nova)”设施正式启动,每年可从煤电厂泵送140万吨二氧化碳到附近的油田以助石油流出地面。各国脱碳政策促进了可再生能源和核能的增长,但很大程度上忽视了碳捕获和封存(CCS)技术。全球碳捕获与封存研究所(GCCSI)研究员荣•曼森认为:“如果在稳定温室气体排放的同时促进全球经济发展,CCS将是十分必要的。”报道称,美国另外两个大型CCS项目将在未来几周上线。位于密西西比州肯珀县的能源设施将使用捕获的二氧化碳回收石油,位于伊利诺伊州的生物乙醇厂计划将捕获的气体储存在深层地下盐水层中。根据GCCSI的数据,目前全球有20多个CCS设施正在建设中,建成后每年可捕获约4000万吨二氧化碳。http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-01/18/content_360166.htm?div=-1

2016年我国有270个城市未达国家环境空气质量标准

(网络配图)1月17日,国际环保组织绿色和平与上海闵行区青悦环保信息技术服务中心联合发布 《2016年中国366个城市PM2.5浓度排名》,排名显示:2016年全国366个城市PM2.5年均浓度是46.7微克/立方米,同比下降7.1%,其中270个城市未达到国家环境空气质量标准。两家环保组织建议这些城市遵循《大气污染防治法》,尽快编制大气环境质量限期达标规划,明确空气质量达标时间。相比2015年,366个城市中有89个城市的PM2.5年均浓度不降反升,89个城市中尚未达标的省会城市包括:西安同比上升18.7%,银川同比上升12.6%,石家庄同比上升11.8%,太原同比上升9.6%,兰州同比上升9.4%,乌鲁木齐同比上升7.4%,南昌同比上升4.6%,成都同比上升2.1%,西宁同比上升1.1%。http://www.greenpeace.org.cn/270-cities-need-air-control-regulation/

灌云官员收受化工企业贿赂,放任违规偷排

8年时间,一名副科级干部收受80余家企业贿赂。最近,灌云县环保局原副局长、临港产业园管委会原副主任陈守明被开除党籍,并移送司法机关。去年下半年,当地两家化工企业负责人向县纪委实名举报陈守明利用职务之便收受贿赂,县纪委迅速成立调查组展开调查。经调查核实,自2009年8月开始,陈守明利用职务之便收受企业以“好处费”名义送的现金、超市购物卡、烟酒、高档服装、黄金首饰,共计127.5万元,受贿数额在该县迄今查处的干部中最高。作为环保部门和产业园区管委会负责人,陈守明本该严守纪律规矩、认真履行职责,却利用手中职权谋取私利,放任一些化工企业违规偷排、造假环评资料,甚至为部分企业主要责任人减轻责罚提供帮助,蜕变为企业肆意违法的“保护伞”。http://xh.xhby.net/mp3/pc/c/201701/16/c269705.html

华中科大推除尘新招:把PM2.5变成“胖子”

“PM2.5团聚除尘超低排放技术”日前已在国电丰城电厂34万千瓦火力发电机组除尘减排技术改造中取得圆满成功。去年12月,经江西环境监测中心的严格检测,机组烟尘排放浓度均值仅为1.7毫克/立方米,除尘效率达到了88.79%。“PM2.5团聚除尘超低排放技术”是华中科技大学煤燃烧国家重点实验室张军营教授团队历经十年开发出的一项新技术。这一技术是在传统除尘器前增设团聚装置,可使得细颗粒物团聚成链状和絮状,附着于大颗粒物,再由传统除尘器对团聚后的大颗粒物进行捕集,可大幅提高细颗粒物的脱除效率。据环保专家介绍,该技术颠覆了以往物理除尘模式,采用化学团聚方式促进细颗粒物(PM2.5)团聚,是目前国内有效控制化石燃料PM2.5排放的重大科研成果,已达到国际先进水平。http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-01/11/content_359677.htm?div=-1

虐哭“科研汪”!奥巴马又发Science

(网络配图)即将离任的美国总统奥巴马9日撰文说,发展清洁能源经济的趋势“不可逆转”,并警告候任总统特朗普勿退出联合国应对气候变化的《巴黎协定》。奥巴马当天在《科学》(Science)杂志发表题为《不可逆转的清洁能源势头》的长文,指出“大量科学记录”表明气候变化是“真实的、不可忽视的”,如果放任不管,温室气体排放继续增加将导致全球气温在本世纪末上升4摄氏度以上,全球经济每年将损失约4%,其中美国每年损失3400亿至6900亿美元。奥巴马说,尽管我们对气候变化影响的认识“令人不安地日益清晰”,但对美国应该采取什么样的政策还存在争论,这在当前总统过渡期表现得很明显。但他相信,“把近期内的政治放在一旁”,“在他总统任期内出现的发展清洁能源经济的趋势将会继续下去”。http://news.xinhuanet.com/tech/2017-01/10/c_1120279821.htm

兰州大学证明“三北”防护林能清除大气污染物

(图片来源于网络)兰州大学资源环境学院教授马建民团队研究表明,“三北”防护林工程对我国北方大气污染物二氧化硫、氮氧化物和PM2.5具有一定的吸附和清除作用。该系列研究成果日前发表在《环境污染》《大气化学与物理》《环境科学与技术》等期刊。该团队通过长期野外观测和数值模拟,计算了“三北”防护林二氧化硫和氮氧化物的网格化的沉降速率和沉降量,结果表明,与1982年相比,2010年该防护林对二氧化硫和氮氧化物的吸附和清除作用增长了60%。研究还发现,与1982年相比,2010年防护林工程对PM2.5的吸附和清除能力增加了30%,对PM2.5中的主要有毒物质苯并芘的清除增加了50%。http://news.sciencenet.cn/dz/dznews_photo.aspx?id=27035

环保部门曝光十大雾霾谣言

(图片来源于网络)近来,随着今冬雾霾天气频发,一些谣言也趁势而起,究竟真相如何?针对今年以来个别媒体和部分公众对雾霾问题的认知误区,为回应社会关切、引导科学认知,环境保护部宣传教育中心和北京市环境保护宣传中心联合曝光“2016年度十大雾霾谣言”,并予以辟谣。这十大谣言分别是:(1)微距镜头中的北京雾霾?(2)汽车尾气比空气干净10倍,机动车对雾霾的贡献并没有那么大。(3)因为雾霾里存在硫酸铵才发布红色预警?(4)风电站、防护林阻挡大风导致雾霾?(5)雾霾不散是因为“核污染”。(6)“煤改气”加剧北京空气污染?(7)北京空气质量在逐步恶化?(8)雾霾只能等风来,重污染应急措施没什么用?(9)北京因雾霾严重污染,空气中含抗生素耐药性细菌。(10)雾霾堵死肺泡?北京肺癌发病率远高于全国,呈现年轻化趋势,空气污染是元凶。http://dzb.fawan.com/html/2016-12/31/content_622441.htm

河南部分企业严重雾霾天“逆势排污”

在河南多个城市雾霾持续“爆表”的背景下,河南一些企业仍顶风作案,“逆势排污”。19日晚,河南连夜召开重污染天气应急应对紧急会议,决定从12月20日零时到22日24时,在全省范围内开展重污染天气应对72小时统一集中行动。据了解,从12月16日以来,河南省多个督查组在对当地重污染天气应急管控工作进行检查督导时发现,在重污染天气下,一些企业仍顶风作案,逆势排污。河南省环保厅将组织各级环境监察、监控部门,对未停产的重点排污企业开展明访暗查,对偷排漏排、篡改伪造监测数据、弄虚作假的企业,顶格处罚,并将责任人依法移送司法机关依法查处。http://news.xinhuanet.com/local/2016-12/20/c_1120153662.htm

PNAS:中国雾霾形成的主要化学机制被破解

(图片来源于网络)一个由中国、美国和英国科学家组成的联合研究团队日前在《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表文章,宣称找到1952年伦敦大雾及当前中国雾霾形成的主要化学机制。 人们知道由二氧化硫转化产生的硫酸盐是形成烟雾的主要原因,而具体转化机制并不清楚。该团队研究证实伦敦大雾是在多云的大气环境下,由二氧化氮促使二氧化硫转化为硫酸盐,从而形成危害性大雾。而中国当前雾霾的形成机制稍有不同,除了二氧化氮外,还有氨的参与,才能将二氧化硫转化为硫酸盐。 研究人员指出,该研究促进了对雾霾形成机制的正确理解,将为中国制定更加有效的雾霾监管行动发挥重要作用。当前,中国主要集中在二氧化硫的排放管控,而该研究提示要同时减少二氧化氮和氨的排放才会产生更好的雾霾防控效果。 http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201612/t20161215_129606.htm

开口管状硅酸锰可室温快速催化降解有机污染物

水环境污染是当今世界亟待解决的几大问题之一,特别是在目前清洁用水匮乏的情况下,如何能够快速低耗地处理生产生活污水成为世界性的研究热点。近日,北京化工大学的于中振教授(点击查看介绍)和曲晋副教授(点击查看介绍)团队设计的一种具有开口端的中空管状硅酸锰,即通过增加离子扩散速率和固液接触面积,实现了有机染料的常温快速催化降解。现在常见的污水处理方法都有着工艺繁杂、污泥难处理等问题,寻找简便清洁之法迫在眉睫。高级氧化法(AOPs)的出现为研究人员带来了一丝曙光。特别是以过氧化氢为氧化剂的一些类Fenton型催化反应,它们有着不受pH值控制,反应产物仅为清洁的二氧化碳和水的优势,因此备受关注。锰的氧化物就是一种典型的类Fenton型催化剂,通常具有较高的催化活性,但是锰的硅酸盐却一直被忽视。事实上,硅酸锰兼具了氧化锰的多价态和硅酸盐的结构稳定的双重特点,此外其资源丰富,价格低廉,反应活性较高,同时又较为容易制备,具有诱人的应用前景。但是常规结构硅酸锰的离子扩散速率不高,使得其常温条件下的催化降解速率不具有优势,阻碍了其在催化领域的进一步发展。来自北京化工大学的研究团队所设计的具有开口端的中空管状硅酸锰很好的解决了以上问题。他们通过精确地结构设计,制得的硅酸锰是由纳米尺寸的次级结构组装而成的开口中空管,同时管壁具有介孔结构,这使得硅酸锰催化剂的内外表面均暴露在溶液中。在催化降解的过程中,染料分子既可在硅酸锰的内、外表面与自由基反应,又可从内、外表面同时通过介孔扩散到管壁内的活性位点,大大提高了硅酸锰催化剂的利用率和催化效率。研究还发现,次级结构形貌显著影响其催化效率,其中厚度仅为2 nm的纳米片催化效率最高,在常温条件下,即可在45分钟内快速降解亚甲基蓝,实现高达98.1% 的降解率,优于目前国际水平。适当提高体系温度至60 ℃,仅需短短2分钟即可将有机染料降解完全。此外,研究人员也对该硅酸锰催化剂的循环稳定性,目标降解物和催化机理做了一定的阐述。该成果的发表进一步拓宽了硅酸盐材料的应用,也为日后催化剂的结构设计做出了贡献。这一成果近期发表在《Advanced Functional Materials》上,文章的第一作者是北京化工大学博士研究生郝舒萌。该论文作者为:Shu-Meng Hao, Jin Qu, Zhong-Shuai Zhu, Xiao-Ying Zhang, Qian-Qian Wang, Zhong-Zhen Yu原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面): http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201603315/abstractHollow Manganese Silicate Nanotubes with Tunable Secondary Nanostructures as Excellent Fenton-Type Catalysts for Dye Decomposition at Ambient TemperatureAdv. Funct. Mater., 2016, 26, 7334-7342, DOI: 10.1002/adfm.201603315于中振博士简介于中振,北京化工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师、副院长、聚合物工程系主任。研究领域为高分子(纳米)复合材料加工、高性能化和功能化研究。近五年主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、北京市科委重点项目、北京化工大学优势学科新增长点等项目。出版一部学术专著 “Polymer Nanocomposites - Towards Multi-functionality” (2016)、一部编辑著作 “Polymer Nanocomposites” (2006)、四篇英文著作章节、一篇中文著作章节;发表国内外学术期刊论文170余篇;其中,142篇国际期刊论文被他人正面引用6506次,H-index = 45。获得中国科学院化学研究所青年科学奖特别奖 (1998)、中国化学会青年化学奖 (1999)、教育部新世纪优秀人才 (2008)、国家杰出青年科学基金 (2011)、中国化学会高分子科学创新论文奖 (2015)。兼任中国材料研究学会高分子材料与工程分会常务理事 (2014-2018)、中国复合材料学会微纳米复合材料专业委员会委员 (2008-  )、中国机械工程学会材料分会理事 (2015-2019)、中国化工学会化工新材料委员会委员 (2015-  )、国家外国专家局重点引智项目评审专家 (2013-2017)、中国塑料加工工业协会塑料技术协作委员会咨询组成员(2014-2017)、北京市石墨烯科技创新专项技术咨询专家委员会委员 (2016-2020)。http://www.x-mol.com/university/faculty/26793曲晋博士简介曲晋,北京化工大学材料科学与工程学院副教授、硕士生导师。2013年于中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室获得材料学博士学位,导师为宋卫国研究员,同年经由北京化工大学青年后备人才项目引进。研究领域是无机纳米复合材料在环境污染物去除和能量存储领域的应用基础研究。目前负责各类基金项目4项,在相关领域发表SCI论文31篇,包括以通讯作者发表的Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A、Nanoscale、ACS Appl. Mater. Interfaces、Environ. Sci.: Nano、Carbon、Chem. Eur. J.等,获授权发明专利2项。http://www.x-mol.com/university/faculty/17327

不同“圣婴”的简单随机动力学模型

厄尔尼诺(El Nino,西班牙语,意为“圣婴”)现象的标准定义是指每隔若干年赤道东太平洋大范围海水温度异常升高的现象。海水温度的异常会直接改变太平洋区域东西方向的大气循环(沃克循环),进而影响南北方向的大气环流,最终引起全球气候的变化。1982年秘鲁和厄瓜多尔西部连降暴雨、1998年中国长江流域的大洪水以及2015年澳大利亚的持续炎热都是厄尔尼诺的直接结果。在一次较强的厄尔尼诺之后往往会出现拉尼娜(La Nina)现象,这是一种与厄尔尼诺相反的情况,即东太平洋海水温度异常偏低。除了1982、1998和2015这三次较显著的传统厄尔尼诺之外,一种新的厄尔尼诺现象在近25年来发生的频率显著增加。由于对应的海水温度异常升高发生在赤道中太平洋附近,这种新的厄尔尼诺被称为“中太平洋厄尔尼诺(Central Pacific El Nino)”。不同于传统的厄尔尼诺,当中太平洋厄尔尼诺发生时,全球气候的变化包括中国的降雨明显减少以及美国西部持续干旱等。厄尔尼诺机理的研究一直以来都是一项热门的话题。事实上,许多中国学者也从不同角度对厄尔尼诺现象进行过解释。这其中比较著名的包括夏威夷大学金飞飞教授早期提出“厄尔尼诺充电振子理论”等。近日,美国纽约大学大气海洋研究中心的Andrew J. Majda(点击查看介绍)课题组提出了用随机动力学模型去描述上述提到的两种不同的厄尔尼诺现象。模型的基础部分是一个包括了大气、海洋以及海温三者之间的交互过程,而这个过程通过一个简单的线性、确定性以及稳定模型来描述。接着,通过一个随机过程来模拟西风爆发(Westerly wind bursts),并将其与模型的基础部分进行耦合,从而达到产生厄尔尼诺的关键要素。这里,由于西风爆发的时间尺度(通常为几天)远小于厄尔尼诺发生的周期(3-7年),所以可以将其视为一个随机的过程。需要强调的是,描述西风爆发的这个随机过程并非是简单的白噪音,事实上风速的强度依赖于西太平洋海水的温度,所以这个随机过程是一个依赖于基础模型状态变量的方程。不同于之前提出的不少通过较为复杂的非线性振荡来描述厄尔尼诺现象的模型,通过简单随机过程耦合到线性模型来研究厄尔尼诺无疑是一个强有力的工具。数值结果显示,不同强度的厄尔尼诺都能被模型成功地模拟出来。另外,值得强调的是,模型得到的东太平洋海水温度异常的概率密度分布函数与观测结果几乎一致。在随后的一项工作中,通过将海水平流传输热量与近年来的季风增强这两项因素考虑到耦合模型中,Majda课题组又提出了另一个随机动力学模型来描述中太平洋厄尔尼诺现象,这是第一个成功描述中太平洋厄尔尼诺的简单动力学模型。除了模拟出1990-1995年以及2002-2006年这两段连续爆发的中太平洋厄尔尼诺事件,模型所生成的的沃克环流结构与观测结果也高度一致。这两份工作都发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上,两篇文章的通讯作者均是纽约大学博士后研究员陈南(Nan Chen),陈南博士同时也是第二篇文章的第一作者。参考文献:1. 该论文作者为:Sulian Thual, Andrew J. Majda, Nan Chen, Samuel N. Stechmann原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面): http://www.pnas.org/content/113/37/10245.abstractSimple stochastic model for El Nino with westerly wind burstsPNAS, 2016, 113, 10245-10250, DOI: 10.1073/pnas.16120021132. 该论文作者为:Nan Chen, Andrew J. Majda原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面): http://www.pnas.org/content/113/42/11732.abstractSimple dynamical models capturing the key features of the Central Pacific El NinoPNAS, 2016, 113, 11732-11737, DOI: 10.1073/pnas.1614533113导师介绍Andrew J. Majda教授.:http://www.x-mol.com/university/faculty/26787 陈南博士:http://www.cims.nyu.edu/~chennan/

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