生态与环境科学学院举办第58期“光华”研究生学术论坛

    2023年4月4日13:00，生态与环境科学学院第58期环境学科光华学术论坛在资环楼269室举行，本期论坛由秦荷杰老师主持。
01|孙宇辰 纳米α-Fe₂O₃介导氢自养反硝化的作用机制研究
    开场是来自徐娟老师课题组的孙宇辰同学带来的进展快报，他的报告题目是《纳米α-Fe₂O₃介导氢自养反硝化的作用机制研究》。三维电极生物膜反应器(3D-BERs)氢自养反硝化中存在的问题有：粒子电极上的电活性生物膜的培养耗时过长，通常需要几个星期甚至几个月的时间才能完成反应器的启动；亚硝酸盐累积的影响反硝化效率，并对微生物有毒害作用。作者针对此问题，并基于自组装杂化生物膜（SAHB）可以加快反应器启动，以及纳米材料α-Fe₂O₃可以加速电子传递过程等背景展开研究。主要结论有：1、纳米α-Fe₂O₃与微生物相互作用，在颗粒电极表面形成混合生物膜，使参与氢自养反硝化的微生物富集。2、由于纳米α-Fe₂O₃对细胞色素C有很高的亲和力，其氧化还原性质可能促进电子从细胞色素C向反硝化酶的转移。3、根据宏基因组测序的结果和编码反硝化酶的基因的相对丰度，添加纳米α-Fe₂O₃可能有利于通过NirS依赖性途径的反硝化。
02|盛依函 TiO₂纳米材料光助活化过硫酸盐催化降解双酚A
    本期第一个口头报告来自王维康老师课题组的盛依函同学，她的报告题目是《TiO₂纳米材料光助活化过硫酸盐催化降解双酚A》。双酚A是一种有机化工原料，广泛用于生产各种聚碳酸酯塑料。同时，它也是一种类分泌干扰物，若使用不当会对人体造成危害。SR-AOPs相对于AOPs有以下优势：SO₄^-•氧化还原电位更高，适应pH范围更广，可以选择性氧化有机物，并且较OH•稳定时间久。基于此，该同学对材料性能进行评估，探究体系的环境应用以及讲降解机理。得出的主要结论有：1、选择纯TiO₂作为催化剂，消除了离子溶出带来的二次污染问题。2、光生电子直接一步还原PMS，无需利用PMS中间体维持还原剂的循环再生过程，实现了PMS利用最大化。3、引入PMS之后，体系中的氧化剂由原来光催化中的氧气转变为PMS，光生电子可以更快速被PMS捕获，并且产生了氧化性更强的SO₄^-•，促进载流子的分离。4、PMS的引入，体系在有/无氧气存在下都可以有效进行。5、光/PMS/催化剂体系可能存在协同作用。6、光的存在有利于提高体系的矿化率。
03|王小涵 微米零价铁在碳源不足条件下对微生物反硝化过程的影响
    第三位报告人是来自关小红老师课题组的王小涵同学，她的报告题目是《微米零价铁在碳源不足条件下对微生物反硝化过程的影响》。随着工业活动和人口的快速增长，化肥和其他氮化合物的过度消耗造成了严重的氮污染，生物脱氮是处理氮污染常见的方法，但一些废水中可利用的电子供体较为匮乏。有研究表明，零价铁对生物脱氮可能存在电子补偿作用，所以向微生物系统中投加零价铁或许可以弥补纯生物体系中电子供体不足的缺陷。该同学以期探究微米级零价铁对生物反硝化过程是否有促进作用以及微米级零价铁对生物反硝化过程产生增益效果的机制及关键影响因素，通过反硝化菌扩培养、准备反硝化培养基、反硝化体系启动以及取样等实验流程展开探究。实验结果如下：1、不同浓度的mZVI对硝酸盐均无还原效果。2、反应过程中，葡萄糖含量未发生变化。3、mZVI在提高硝氮去除率的同时不会导致氨氮的积累。4、向体系中投加mZVI可以提高微生物的细胞活性，降低反硝化过程中葡萄糖消耗的速率。
04|白玉丹 生物标志物类群的动态和功能决定特异性基质有机废弃物堆肥
    上半场最后一位是由谢冰老师课题组的白玉丹同学带来的口头汇报，她的报告题目是《生物标志物类群的动态和功能决定特异性基质有机废弃物堆肥》。世界范围内固体废物年产量超过20亿吨，33%固体废物，尤其是有机部分，通过堆肥进行资源化利用。从源头了解堆肥微生物群落和功能组成，以及差异性特征，对实现未来高质量堆肥、精确施肥和可持续农业生态系统至关重要。基于此背景，该同学的研究内容包括：1、 特异性基质堆肥微生物群落变化特征。2、生物标志物类群的鉴定及演替特征。3、生物标志物类群在功能、组装和共现网络中的作用。得出的主要结论有：1、基质特异性堆肥群落结构和多样性存在显著差异，在FW（餐厨垃圾）中最低，SW（污泥）中最高。2、随机森林鉴定了30个生物标志物类群，准确区分FW、SW和LM（畜禽废弃物）微生物组。3、生物标志物类群与碳和氮代谢功能变化密切相关。4、群落组装以随机过程主导，环境过滤对生物标志物的作用随堆肥过程逐渐增加，这与FW中TOC/温度，SW中NO₃—N/NH₄⁺-N，LM中TOC/GI有关。5、生物标志物包含堆肥网络中51%的关键分类群，在维持网络稳定性方面发挥了关键作用。

05|林应超 穿渠过河管道检测与修复现状研究
    下半场的第一位汇报人是来自何岩老师课题组的林应超同学，他口头报告的题目是《穿渠过河管道检测与修复现状研究》。研究发现，目前对区域管网现状缺乏系统性分析，缺乏科学、高效、精确的城镇排水管网排查模式；区域管网现状缺乏系统性分析，缺乏科学、高效、精确的城镇排水管网排查模式；会出现穿渠过河管、高水位、满水管、高埋深等典型管网难检测、难修复的问题。基于此背景，当下的研究方向主要从构建穿渠过河管段缺陷与修复评估方法体系的角度入手，开展管道探测方法的类型与技术总结、穿河过渠管段特征、常见缺陷类型等相关因素、穿渠过河管段检测技术和修复方案对比等方面的研究，最终形成完善的穿渠过河管探测与评估方案。

林应超同学作报告

 

06|秋思帆 ABTS同时作为活化剂和电子穿梭体活化过硫酸盐降解双氯芬酸: ABTS^•+，SO₄^•-和•OH的形成及其贡献
    第二位汇报人是来自王兆慧老师课题组的秋思帆同学，她主要就发表于ES&T期刊的文献《ABTS同时作为活化剂和电子穿梭体活化过硫酸盐降解双氯芬酸: ABTS^•+，SO₄^•-和•OH的形成及其贡献》进行了汇报。研究表明，SO₄^•-和•OH是PDS-based AOPs的主要活性物种，除了生成SO₄^•-和•OH之外，还会产生其他选择性活性物种，且有机化合物可通过电子转移与PDS反应生成活性物种。研究主要以DCF为主要模型，探讨了PDS/ABTS体系中DCF的降解效率；确定了主要活性物种及其对DCF降解的贡献；提出了PDS/ABTS体系降解DCF的机理；研究了反应物浓度（ABTS和PDS）和反应参数（pH和温度）对DCF降解的影响；考察了PDS/ABTS体系的抗干扰能力；评价了ABTS固定化的可行性等等，为研究有机化合物活化PDS、利用天然有机物活化PDS提供了新的研究视角与可能。
07|郑刘诗 低碳条件下纳米零价铁对生物脱氮的促进作用
    第三位汇报人是来自关小红老师课题组的郑刘诗同学，她快报的题目是《低碳条件下纳米零价铁对生物脱氮的促进作用》。研究发现，当前铁强化微生物处理有机废水实际应用中多用铁刨花、铁屑等尺寸较大的铁剂，虽能达成部分强化效果，但存在表面钝化、内部零价铁无法利用、电子有效利用率低等问题，大量剩余铁剂成为铁泥，对微生物反应器运行亦造成不利。基于此，该同学的主要研究目的在于适配微生物除污过程的纳米铁研制及其电子供体特性，进而对纳米铁协同微生物处理有机废水的过程机制，包括微生物适配型纳米铁的研制、纳米铁对电子供体转化及电子效率提升等方面开展研究。通过采样纳米铁表征方法、微生物表征方法、电子传递过程表征方法、液相表征方法以及纳米铁改性等方法，最终建立了纳米铁对微生物除污过程影响的评价方法；甄别了纳米铁对微生物除污染过程产生增效作用的关健特性；研究了纳米铁粒径、亲疏水性、分散性、化学结构组成等诸多性质对厌氧氨氧化细菌生命活动及其去除脱氮除碳效能的影响，并甄别了纳米铁—微生物体系适配关键因子等。
08|关健 机器学习辅助设计高碳捕量的共价有机框架
    最后一位汇报人是来自关小红老师课题组的关健同学，他口头报告的题目是《机器学习辅助设计高碳捕量的共价有机框架》。机器学习是一种能够赋予机器学习的能力以此让它完成直接编程无法完成的功能的方法。通过机器学习可以对比表面积，总孔体积，主要孔径与CO2捕集量的关系这些易得的特征进行廉价的计算，获得准确的构效关系，但这种方法无法给出具体的合成方法。基于此，该同学通过拼接法和整体法对单体的结构进行功能化描述，并采用CatBoost和Ridge回归模型进行预测，以单体的结构、添加量和合成温度为输入特征构建COF与碳捕集量间的构效关系，为合成高碳捕集容量的COF给出具体的指导办法。未来还将在机器学习辅助设计高碳捕集量和气体分离能力的COFs的研究领域继续优化预测方法、逆向推导出COF的“最佳”合成方案。

    汇报结束后，秦荷杰老师组织了最佳汇报人投票，同学们积极参与，最终评选林应超和秋思帆两位同学为第五十八期光华论坛“最佳汇报奖”获得者。


附：活动海报