中国科技期刊卓越行动计划推介：WDSE（VOLUME 6， ISSUE 4）

摘要：多级多孔碳（HPC）合理的孔隙结构和丰富的表面官能团对于其在超级电容器中的实际应用具有重要意义。将液态亚油酸和固体三聚氰胺充分混合，并在高温自体压力下进行碳化（CAPET），然后进行KOH活化，以产生均匀的N掺杂HPC。通过调整N掺杂比来控制结构和表面化学性质

从废油中制备均匀N掺杂多级多孔碳的无模板方法

作者: Jin Lu, Ting Song, Yan Chen, Suyun Xu, Pinjing He (同济大学，教授) & Hua Zhang

DOI: 10.1007/s42768-024-00210-5

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多级多孔碳（HPC）合理的孔隙结构和丰富的表面官能团对于其在超级电容器中的实际应用具有重要意义。将液态亚油酸和固体三聚氰胺充分混合，并在高温自体压力下进行碳化（CAPET），然后进行KOH活化，以产生均匀的N掺杂HPC。通过调整N掺杂比来控制结构和表面化学性质。这种调整导致高电导率、丰富的离子可及表面、具有适当微介孔通道的多级孔隙率以及N、O杂原子的存在。三聚氰胺的添加显著增加了HPC中的表面积至3474.1 m2·g-1，中孔体积比例达到72.9%‒77.3%。通过X射线衍射仪、拉曼光谱和X射线光电子能谱揭示了HPC的晶体结构和官能团，表明LA-HPCs-N0.5是一种很有前途的超级电容器电极材料。该材料表现出优异的电容存储性能和循环稳定性：在6 mol·L-1 KOH电解质体系中，其在1 A·g-1下的比电容为430.2 F·g-1，在10 A·g-1下充电和放电2000次循环后，电容保持率为86.5%。本研究成功证明了从废油中无模板制备N掺杂HPC是可行的、经济的、可持续的。

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基于热解动力学的煤基 KOH 活化碳的结构特性预测

作者: Kai Wang, Guoxin Lin, Jun Meng, Jiangmin Guo, Bo Tan, Shaojun Liu, Qingyang Lin, Xuecheng Wu & Xiang Gao（浙江大学）

DOI: 10.1007/s42768-024-00204-3

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本研究利用热解动力学分析KOH活化煤的孔隙形成机制。采用Achar和Coats–Redfern方法对实验热重分析(DTG)曲线进行拟合，得到了活化能等动力学参数。加热速率和KOH比例对活化能的影响呈现出相似的趋势。另一项尝试是试图将活化能与孔隙性质相关联。最初使用了直接拟合方法，得到的活化能与孔隙性质的相关性很小。因此引入了两种改进的方法，即单峰拟合和多峰拟合。前者只考虑了KOH和煤之间的相互作用，而不考虑煤的热解。得到的活化能与总孔隙体积/BET(Brunauer–Emmett–Teller）表面积呈线性关系（R2=0.94/0.99）。后者使用高斯函数对DTG曲线进行反卷积，然后，每个理论DTG峰均被正确拟合。表面反应的总活化能与金属K插层和微孔体积/表面积呈线性正相关（R2=0.993/0.996）。因此，本文所提出的方法可以成功地应用于设计和分析特定煤种经KOH活化后的孔隙性质。

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通过将蚯蚓堆肥和膜覆盖好氧堆肥结合的二阶段策略实现厨余固体废弃物的增值回收

作者: Nan Hu，Zhenye Tong, Fei Li, Xia Zhang, Haofeng Gao & Jun Zhou

DOI: 10.1007/s42768-024-00206-1

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厨余固体废物（KWSR）是厨余废物经油浆分离后产生的次级有机固体废物。本研究探讨了两种KWSR的回收方法：分别是直接膜覆盖好氧堆肥（T1）和将蚯蚓堆肥与膜覆盖好氧堆肥相结合的二阶段方法（T2）。与T1相比，T2的堆温上升更快，热阶段更短，温室气体排放更低并且NH3排放更高。蚯蚓堆肥促进了腐殖质的形成，缩短了好氧堆肥过程中的成熟时间，这使得T2的处理所需时间（18天）比T1（21天）短。T1和T2的初始细菌群落存在显著差异，但随着堆肥的进行它们变得相似。经济可行性分析表明，采用T2方法，1000公斤KWSR能够获得的利润为285元，高于T1（36元）。本研究的结果为KWSR的管理提供了一种改进策略。

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基于丙烯酸纤维废料/纳米壳聚糖、用于去除刚果红和结晶紫的防污超滤膜

作者：Ahmed E. Abdelhamid, Salah E. Selim, Gamal A. Meligi, Ahmed I. Hussain & Mahmoud A. Mabrouk

DOI：10.1007/s42768-024-00208-z

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在这项研究中，将废弃的丙烯酸纤维与不同比例的纳米壳聚糖（0.5%，1%，2%和4%，按重量计）混合，利用相分离技术将其转化为防污超滤纳米复合膜，用于从水中去除刚果红（CR）和结晶紫（CV）染料。使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对所制备的纳米复合膜进行了研究。通过接触角测量估计了膜的亲水性，结果表明，添加4%纳米壳聚糖的膜具有最高的亲水性。此外，研究也对纳米复合膜的吸水性、孔隙率、水接触角和水通量进行了评估。研究还在不同浓度和不同操作压力（1 bar至4 bar）下，探究了膜对阴离子染料CR和阳离子染料CV的过滤性能。实验数据表明，在4 bar的操作压力下，添加2%纳米壳聚糖的优化膜对CR具有较高的截留( R )性能（R≃100%），水通量约为150 L / ( m2·h )至183 L / ( m2·h )。对CV的截留率在不同染料浓度下呈现出变化（70%–99%），对于同一复合膜，通量范围为93.6 L/(m2·h)至149.5 L/(m2·h)。该复合膜在被牛血清白蛋白污染后显示出了更强的通量恢复能力，且对广泛存在的革兰氏阳性细菌（金黄色葡萄球菌）具有抵抗力。

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自然建筑师：细胞外聚合物及其各种应用综述

作者：Anusha Atmakuri, Bhoomika Yadav, Bhagyashree Tiwari, Patrick Drogui, R. D. Tyagi & Jonathan W. C. Wong（东莞理工学院, 院士）

DOI: 10.1007/s42768-024-00205-2

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细胞外聚合物（EPS）在各种应用中（特别是在废水处理中）起着至关重要的作用。本文探讨了EPS在现代处理方法中的重要性，强调了其有机聚合物性质和特性，这种特性有助于它有效去除污染物和节约资源。该研究聚焦于利用微生物和细菌群落的生物策略以及含有各种成分（如糖醛酸、蛋白质和碳水化合物）的电解质沉淀系统，这些成分对处理过程至关重要。本文还介绍了调节EPS生物合成的复杂机制，并重点介绍了温度、光照强度和碳氮比对EPS产生的影响。这些结果强调了碳供应和氮源对EPS形成的影响，揭示了环境条件与EPS合成之间的关系。此外，本研究还讨论了EPS提取技术对保持材料完整性的意义。本文进一步探讨了EPS在废水处理之外的广泛应用，包括土壤聚集、制药、食品工业以及通过EPS驱动的微生物燃料电池进行可持续能源生产。通过了解EPS的不同功能，可能改善对环境的措施，减轻气候变化的影响，并加强工业过程的可持续性和效率。EPS的多功能性展现出了其对环境和工业实践的变革性影响。

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不同铁添加剂在餐厨垃圾与污泥的厌氧共消化过程中提高甲烷产量的作用

作者: Roghayeh Karimirad, Liwen Luo & Jonathan W. C. Wong

众所周知，铁元素是一种高效的添加剂，可以加速有机废物的厌氧消化（AD）过程。然而，对于不同种类的铁添加剂对食物垃圾（FW）和污泥共消化过程的影响的研究并不透彻。本研究旨在阐明不同种类的铁成分如何影响FW和污泥厌氧共消化（co-AD）过程中甲烷的产生，并探讨铁添加剂的作用机制。实验结果表明，铁的添加能有效促进底物降解和甲烷生成，添加FeCl3组表现出最佳的消化性能，甲烷产生量从465.9 mL提高到2650.4 mL。激发-发射矩阵荧光光谱分析的结果进一步表明，铁添加剂促进了废物水解，使溶解有机物浓度更高，因此更多的底物能够参与到甲烷的产生过程中。此外，与对照组相比，添加FeCl3组中辅酶F420的活性和种间直接电子转移分别高出5.82倍和5.89倍，这表明铁的添加增强了电子转移，特别是种间电子传递。与对照组相比，铁添加组中细胞色素c浓度的增加也证明了这一点。因此，本研究将为FW和污泥的co-AD工艺中的铁作用机制提供参考。

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用于水净化的废弃物衍生生物炭：氧化还原特性的作用

作者：Hanyang Sun, Tong Chen, Longjie Ji, Dejin Tian, Xiaodong Li (浙江大学，教授) & Chen Sun

DOI：10.1007/s42768-024-00211-4

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生物炭源自废弃热解工艺，由于其大表面积、丰富的表面官能团和氧化还原性能，是一类很有前途的环境修复功能材料。本篇综述重点介绍生物炭的组成、结构和电子转移能力及其在环境修复污染物转化中的作用。首先，系统介绍了生物炭的氧化还原特性，并深入讨论了影响因素。此外，根据不同的氧化剂和反应条件，可对用于减少污染物的生物炭参与氧化还原反应进行明确分类。全面介绍了每个系统中的反应物，同时充分分析了生物炭的作用。本文旨在满足对全面了解生物炭在污染物转化中所起作用日益增长的需求。此外，它还寻求指导用于高级水净化的生物炭材料的未来研究和设计，强调需要精确控制氧化还原特性以实现更好的环境结果。

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新加坡所产生淡水污泥的特征描述：探索循环经济的机会

作者：Bo Xu, Junde Qin, Mingqian Yang & Yaolin Yi (南洋理工大学)

DOI: 10.1007/s42768-024-00209-y

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淡水污泥（FS）作为饮用水处理副产品，在全球范围内被大量生产，但其最终处理手段主要为填埋，仍未得到充分利用。随着填埋场空间的日益稀缺和环境法规的收紧，发掘FS的可持续管理策略迫在眉睫。通过采用强调再利用和回收的循环经济原则，可以找到潜在的解决方案。本研究分析了从新加坡各自来水厂所收集的10批FS的化学、矿物组成以及浸出行为。它探讨了FS的潜在应用、应对挑战并提出了其重新利用的解决方案。结果表明，FS主要由氧化铝（34.94%–57.2%）、三氧化硫（5.56%–8.98%）和二氧化硅（1.24%–6.85%）组成。FS还含有硫酸铝、拜耳石、高岭石和石英等矿物。不同批次FS的主要差异是有机物含量（28.89%–52.3%），其主要由碳、氢和氧组成。浸出测试表明，FS中的重金属浓度在安全范围内，意味着其在各种应用中都是安全的，尤其是在高pH值环境中。FS的大量有机物含量使其成为用于土壤改良的生物炭及水炭的转化原料。FS中丰富的铝含量也为其在建筑材料制造，土壤改良以及含重金属废物、土壤和废水修复等方面的应用开辟了道路。

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石墨碳氮化物（g-C3N4）基复合材料在抗生素和染料降解以及氢气生产中的研究综述

作者：Saddam Husein, Slamet & Eniya Listiani Dewi

DOI：10.1007/s42768-024-00198-y

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本文综述了石墨碳氮化物（g-C3N4）基复合光催化剂在抗生素和染料降解以及氢气生产方面的最新进展。文中还讨论了特定主题的结构、合成、改性、形态、掺杂、制备和应用，并评估了不同形态和制备工艺的优缺点。基于g-C3N4的复合光催化剂已经显示出巨大的潜力。g-C3N4已经被修饰成各种新型结构和形态，以提高其在光催化降解污染物方面的效率。掺杂、金属沉积、异质结形成和结构调整等技术提高了g-C3N4的光吸收率、电荷转移和电荷分离的效率。这使其光催化性能在抗生素和染料降解以及氢气生产方面得到改善。

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利用鸡粪功能化的碳纳米纤维来催化燃料电池中的氧还原反应

作者：Prabhsharan Kaur, Veerpal Kaur & Gaurav Verma

DOI: 10.1007/s42768-024-00203-4

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鸡粪（CM）是全球最常见的动物粪便之一。传统上而言，鸡粪是作为肥料使用；然而，在本研究中，我们提出了一种简单且经济的方法，将鸡粪应用于燃料电池。本研究报告指出利用鸡粪对碳纳米纤维（CNFs）进行功能化可以赋予其多重功能。根据能量色散X射线光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱的研究，功能化的CNF中包含氮（7.40%）、氧（6.22%）、磷（0.30%）和硫（0.02%）等元素。经过鸡粪处理后，CNFs的形态保持不变。CM修饰的CNFs在燃料电池阴极的氧还原反应（ORR）中表现出更高的电催化活性（起始电位：−0.0756 V；极限电流密度：2.69 mA/cm²）。该样品的电子转移数为3.68，即ORR倾向于与Pt/C相似的四电子途径。直接功能化CNF的方法更为有效，但在功能化前用Triton X-100处理CNFs会掩盖其暴露的边缘位点，从而影响其ORR的活性。较大的比表面积（99.866 m²/g）、多功能元素的存在（氧、氮、磷、硫等）、表面电荷重分布和在CM修饰CNFs表面诱导的给体-受体相互作用共同促进了其电化学活性的增强。初步研究报告指出了一种便捷且经济的方法，可以用于处理鸡粪以便于应用在最先进的清洁能源领域，并在初步报告中阐明了其适用性。希望这项研究能够为处理其他生物粪便开辟前沿方法。

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贫民窟动态：资助、废弃物处理与健康结果的相互作用

作者：Md Abdul Bari（广岛大学）, Mohammad Ajmal Khuram, Ghulam Dastgir Khan & Yuichiro Yoshida

DOI: 10.1007/s42768-024-00202-5

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贫民窟居民往往无法在废弃物处理上花费足够的资金以维持健康生活，而资助为家庭提供了改善生活条件的资金。本文考察了资助对孟加拉国贫民窟家庭每月废物处理支出的总影响，以及更好的废弃物处理对每月健康支出的影响。本研究采用倾向得分匹配作为识别策略，以减少选择偏差。在这项研究中，资助包括来自孟加拉国境内和境外的资助。如果一个家庭从孟加拉国境内和/或境外收到资助，则资助接收等于1。我们的结果显示，资助使孟加拉国贫民窟家庭的废弃物处理支出增加了28.77%至32.74%。废弃物处理支出被视为更好的废弃物处理的指标。此外，我们发现更好的废弃物处理减少了门诊支出。门诊支出的减少表明，废弃物处理为贫民窟居民带来了更好的健康状况。本研究的发现可以与可持续发展目标11联系起来，该目标针对可持续的城市和社区，并表明资助是一种自下而上的金融机制，用于在微观层面改善废弃物处理，以改善健康状况。

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食品供应链中的食物损失和浪费：产生、影响及转化技术

作者：Sriram Marimuthu, Akuleti Saikumar & Laxmikant S. Badwaik*（印度特兹普尔大学）

DOI: 10.1007/s42768-024-00200-7

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本综述旨在综合以往的文献，重点关注食物损失或浪费的衡量、产生、原因和影响，包括可持续的解决方案。据估计，在五类不同的食品中，从生产到消费的食物损失或浪费量存在差异，并且在低收入国家和高收入国家之间差异显著。本研究提出了在发达国家和发展中国家减少食物损失或浪费的某些缓解措施。在有效管理食物损失或浪费方面，可以采用并优先实施一系列类似于废物管理的层次结构的解决方案。根据食物损失或浪费层次结构，防止食物浪费的首要和最理想的措施是尽量减少食物过剩和不必要的食物浪费。通过食品银行组织或社会部门向低收入人群捐赠食物是第二选择，将食物废弃物转化为动物饲料则是第三选择。本文描述了评估环境、经济和社会影响，以及预防或减少食物损失或浪费的干预措施。减少食物损失或浪费可以防止土地、水、能源和其他食品所需资源的浪费，因此对于增强食品系统的可持续性至关重要。随后讨论了食品废弃物管理的可持续方法，并详细阐述了最常见的产品回收处理和回收方法，以及通过热处理和化学处理进行的工业应用。最后，本文概述了整体框架的前景，并提出了该领域未来的研究方向。

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