水是人类生存与繁衍的基本条件,是人类文明的基础,也是社会发展的重要战略资源,在人类活动中起着举足轻重的作用。中国水资源人均占有量约为2186 m³,仅为世界平均水平8800 m³的1/4,是世界上13 个水资源贫乏的国家之一。近年来,一方面随着国民经济持续快速发展以及城镇化进程的加快,用水需求量的持续增长与水资源短缺之间的矛盾日趋突出;另一方面,由于气候变化、社会活动加剧、地理条件和环境污染等原因,使得中国水资源分布极不平衡,不同地区在同一时期需要面对水多、水少、水污染等问题。在这样的背景下,中国水资源短缺形势不容乐观,水安全问题对社会发展的约束作用不断增强。因此,水资源的可持续开发与利用战略意义重大,关乎中国能否成为21 世纪全球最重要国家的发展态势,而提高全民的节水、爱水意识,发展高新技术实现水回用,提高水利用率和开发非常规水源是缓解水安全问题的重要途径。

对于人类社会的发展而言,水既是必不可少的自然资源,也是重要的社会资源。在过去的近半个世纪,人类生活方式的转变、社会经济的快速发展、自然气候的变化所导致的水资源短缺和水环境污染引发了严重的水资源危机,并正在取代石油危机而成为全世界范围的主要问题。同时,水资源危机也是现阶段人类社会发展所面临的重要议题。

在天空中飞翔曾经是人类矢志不渝的梦想。1903年莱特兄弟成功地将这一梦想变成现实,他们与“飞行者1号”由此载入史册,人类也从此进入航空时代。然而,现代航空业的高速发展在为我们的生活带来从未有过的巨大便利的同时,也造成了非常严重的污染。因此,在倡导可持续发展的今天,我们也期待航空业的变革。2015年,一架太阳能飞机的环球之旅让我们看到了未来的曙光。

当《科技导报》记者走进国家天文台太阳预报中心首席研究员王华宁的会议室时,他已就英国诺桑比亚大学女科学家Valentina Zharkova团队的一项研究工作接待过好几家媒体了。

作为一种可大规模替代化石燃料的清洁能源,核能在目前的世界能源结构中占有重要地位。然而,由于现有大规模应用的热中子反应堆存在资源利用率低、放射性废物不断积累和潜在核安全问题,开发更加清洁、高效、安全的新型核能系统对核能可持续发展意义重大。2014 年1 月,“第四代核能系统国际论坛组织(GIF)”官方发布的“第四代核能系统技术路线更新图”显示,在第四代核能系统6 种堆型中,铅冷快堆预计于2021 年率先实现工业示范应用。

气候变化是目前国际上普遍关注的社会问题之一。气候变化将加速大气环流和水文循环过程,从而引发或恶化一系列水安全问题。本文从水资源安全、水环境安全、水生态安全、水工程安全、供水安全5 个方面,综述气候变化对水安全的影响,并初步探讨全球气候变化背景下应对水安全问题的策略。

膜分离技术是20 世纪60 年代迅速崛起的一门分离新技术。导电材料多应用于特殊分离,但现在开始应用于传统分离中。导电聚合物的发现,使导电材料在制备分离膜方面获得迅速发展。导电聚合物复合膜具有导电聚合物的特性,又具有绝缘聚合物膜的柔韧性及易加工性。本文综述导电材料制备分离膜的方法、分离膜性能的改进及应用的研究进展。

涉核技术的快速发展和应用领域的扩展,对放射性废水的处理提出了更高的要求,膜分离技术在放射性废水处理方面表现出良好的应用前景。本文简述了微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜蒸馏及液膜等膜过程处理放射性废水的机制,综述了国内外膜法处理放射性废水的应用及研究现状,探讨了膜分离技术应用中存在的问题及发展方向。

微生物燃料电池(MFC)是一种具备污水处理和产电功能的生物电化学技术装量,在微生物催化下将有机能转化成电能。综述了MFC 电极材料的研究进展,评述了阳极材料及其功能的修饰、阴极催化剂对污水处理和MFC 产电性能的进展,指出MFC电极材料设计和研究是未来的发展重点。

氧化石墨烯(GO)具有片层薄、亲水性好、水分子在其片层间运动速度快等特点,通过调节GO 膜片层间隙尺寸可实现对溶质的截留,因而在水处理方面表现出优异的分离性能。本文综述了氧化石墨烯基膜的制备方法,包括真空抽滤法、喷涂法、旋涂法和浸涂法和层层自主装法等。介绍了氧化石墨烯基膜在反渗透、纳滤、渗透汽化等方面的研究进展,并对未来在水处理领域的应用进行了展望。

反渗透膜技术是一种重要的纯水供应技术,制备高通量反渗透膜成为研究热点。采用冠醚(18-crown-6)与KOH 的络合性缚酸剂催化界面聚合反应制备聚酰胺反渗透膜,利用18-crown-6 能与缚酸剂无机碱(KOH)形成络合物,加速KOH 从水相到有机相的扩散,可以促进聚合反应的进行。通过此方法制备得到了厚度更薄、表面适度水解的分离膜,明显提高了膜的水通量。通过扫描电子显微镜和X 射线光电子能谱技术显示,冠醚的添加可以有效抑制KOH 导致的聚合单体的水解,保证膜具有合理的离子选择性,解决了使用纯KOH 做缚酸剂时会明显降低膜分离性能的问题,对NaCl 的截留率保持在90%以上,使用Cs⁺作为截留离子发现,该膜对Cs⁺同样具有良好的截留能力,说明缚酸剂对反渗透膜分离性能的改变基本不受电解质类型的影响。

应急水袋是一种可以就地从不可饮用的水源中及时、有效得到饮用水的生命救援工具。本文研究了三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜材料的制备,以及用于制备应急水袋的研究进展,并对水袋的汲水功能和重金属离子截留效果进行测试。结果表明,以0.5 mol/L NaCl 为驱动液和去离子水作进料液的测试条件下,膜水通量达到8.77 L/(m²·h),驱动溶质反向扩散比J_s/J_w约为0.56 g/L。以一定浓度葡萄糖为汲取液时,经5 h 处理水袋可得到约180 g 水,可满足人体维持生命所需的饮水量。选取Pb、Cr、Hg、As 4 种典型的水体污染重金属为评价元素,渗透结果表明,该膜对半径尺寸在100 pm 以上的粒子具有比较理想的截留性能,达到95%以上,Pb(II),Cr(III),Hg(II)3 种重金属的处理效果能达到《GB5749—2006 生活饮用水卫生标准》的要求,但是对于As(III)这种水合半径小于65 pm 的离子其截留率较低,因此,膜材料皮层的致密性还需要进一步提高。

以聚砜(PSF)为膜材料,水为凝胶剂,采用浸没沉淀相转化法制备PSF 超滤膜,在制膜过程中添加亲水性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和络合剂FeCl₂,改变PSF 膜的亲水性,并对其性能进行表征。通过对PSF 膜的共混改性制备低分子截留超滤膜。分析了铸膜液温度、凝胶浴温度及支撑层对PSF 膜性能的影响,通过控制实验条件,制备出截留分子量为2000~10000 的超滤膜。

膜分离是含油污水深度处理的有效途径,油水分离膜是含油污水膜法处理的核心材料,其表/界面的结构和物化特征直接决定了油水分离的效率与膜材料使用寿命。本文综述了近年来油水分离膜表/界面设计与结构调控方面的研究进展。介绍了膜表面化学和拓扑结构对膜性能的影响,阐述了油水分离膜表/界面设计的原理、疏水膜的构建与亲水性反转、超亲水表面的制备,以及智能型油水分离膜的设计与制备。归纳了目前油水分离膜和含油污水膜法处理研究中存在的一些共性问题,包括定量研究和破乳机制研究缺乏、膜材料耐热性和耐化学清洗性不足等,对未来的发展趋势进行了展望。

随着工业生产的快速发展,工业废水的排放量迅猛增加,其中大部分工业废水中都含有硫酸盐,硫酸盐的过量排放会对环境水体造成严重的污染与破坏。本研究以硫酸钠废液为原料,采用双极膜电渗析(BMED)新型工艺,实现含硫酸盐废水的回收再利用,高效、清洁地制取酸、碱。实验主要考查了电流密度、原料液浓度及初始酸碱浓度对膜堆性能的影响,并对两种离子交换膜的性能进行对比。结果表明,实验范围内,氢氧化钠的收率高达84.08%,平均电流效率为54%,能耗为5.29 kW·h/kg;氢氧化钠收率和过程能耗均随电流密度的增大而增加;电流密度恒定时,较高的原料液浓度可使膜堆电阻维持在较低的水平,进而降低能耗;适量加入初始酸碱能够降低能耗,但也会降低电流效率。

污水再生利用是解决水资源与能源危机的重要途径,采用微藻深度处理污水并生产生物质能源是一大热点。针对市政污水深度处理,以活性污泥为固定化细菌,采用小球藻和栅藻,分别比较了固定化藻菌、固定化微藻,以及悬浮态微藻在藻体生长、污水脱氮除磷和微藻产油方面的差异,拟实现对市政污水深度脱氮除磷的同时实现微藻油脂的诱导富集。结果表明,固定化藻菌对氮磷的去除效果优于固定化微藻和悬浮态微藻,且固定化藻菌中微藻油脂质量分数最高。当市政污水NH₄⁺-N 和PO₄^3--P 的初始质量浓度分别为25 和3 mg/L 时,固定化栅藻菌培养4 d 后能够完全去除水体中的氮磷,而固定化藻菌中小球藻的油脂质量分数可达到16.5%。

研究了超滤-纳滤组合膜工艺在碱减量废水处理中的应用,发现采用该工艺可以有效地降低碱减量废水中的化学需氧量(COD),COD 去除率可达到80%以上。对膜透过液回用于碱减量过程可能对涤纶减量效果的影响进行了实验分析,探讨了温度、时间、碱度、乙二醇含量等条件对涤纶减量率的影响。结果表明:温度、时间、碱浓度的增加均可以提高涤纶的减量率;乙二醇含量的累积,也可促进涤纶减量过程。采用该工艺可以实现对苯二甲酸、水、碱、乙二醇的回收及综合利用。

以聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯/聚醚砜(PVDF/PMMA/PES)为三元共混体系,采用浸没沉淀法制备共混超滤膜,以期改善PVDF 膜的亲水性能,提高其抗污染性。结果表明,当PVDF:PMMA:PES 的质量比为85:10:5,80:15:5,75:15:10 及70:20:10 时,共混体系相容性较好,且所制备的膜亲水性较好。当PVDF:PMMA:PES 的质量比为70:20:10 时,水通量为43 L·m^-2·h^-1、孔隙率为73%,前进角为75.88°,后退角为20.22°。

近年浒苔的爆发式生长给中国一些沿海城市海滨环境和景观造成很大影响,而妥善处置清理后的浒苔至关重要。本研究将浒苔在不同温度下碳化制备成生物炭,用于吸附处理水中的萘。结果发现,浒苔生物质及150℃碳化的浒苔生物炭对萘的吸附以弱的分配作用为主,吸附等温曲线为线性;250、350℃碳化后,吸附能力显著增强,表面吸附和分配作用均有贡献;随着碳化温度进一步升高,吸附能力明显减弱,500℃碳化后吸附作用仅由表面吸附贡献;而700℃碳化时,浒苔中的碳质几乎被完全氧化分解,仅残留部分矿物组分,对萘几乎没有吸附能力。

分别用恒电压法、脉冲极化法、循环伏安法制备聚苯胺(PANI)膜阳极,并应用于固定床微生物燃料电池(MFC),考察其产电及污水处理性能。结果表明,与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极导电性最好,且其电极电阻(3.65 Ω)与恒电压法制备的电极电阻(55.45 Ω)相比降低了51.8 Ω。循环伏安法制备的PANI 膜阳极应用于MFC,最大功率密度和开路电压分别为215.6 mW·m^-2和849.3 mV,比恒电压法制备的PANI 膜阳极MFC 最大功率密度和开路电压分别提高了50.6%和45.1%。与恒电压法和脉冲极化法相比,循环伏安法制备的PANI 膜阳极,可一定程度上缩短MFC 启动时间,增加电池产电稳定性,提高MFC 对污水有机物的去除率,为MFC 高性能阳极的制备提供了一种新途径。

为获得高渗透选择性的聚电解质络合物纳滤膜(PECNFMs),以聚乙烯亚胺(PEI),海藻酸钠(SA)和羧甲基纤维素钠(CMC)为原料,通过原位离子交联的方式制备了一系列新型PECNFMs。分别采用傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR),场发射扫描电镜(SEM)和接触角实验(CA)对PECNFMs 的化学组成、结构和亲水性进行表征。考查聚电解质的配比、聚阴离子的种类、无机盐的种类及操作温度等因素对PECNFMs 性能的影响。结果表明,当PEI 质量比相同时,PEI/SA 原位离子交联PECNFMs 较PEI/CMC 膜具有更高的水通量;且随着PEI 质量比的增加,PECNFMs 的荷电性由荷负电转变为荷正电;当PEI 质量比为0.9 时(PEI/SA 0.9)具有最佳的纳滤分离性能,其对MgCl2的截留率为94.0%,水通量为13.4 L·m^-2·h^-1(在25℃和0.6 MPa下,对1 g·L^-1 MgCl₂水溶液进行测试),表现出较高的Na⁺/Mg²⁺分离性能(分离因子为10.4)。采用原位离子交联法,成功制备了高渗透选择性的新型PECNFMs,该方法具有一定的普适性,为高性能纳滤膜的制备开辟了新途径。

合理处理处置农业生产过程中产生的大量固体废弃物,已成为农业和环境领域共同关注的焦点。选取了两种常见的农业固体废弃物甘蔗渣、玉米芯,用批量平衡吸附实验研究其对水中亚甲基蓝染料的吸附作用。吸附动力学结果表明,甘蔗渣和玉米芯对亚甲基蓝的吸附平衡时间小于4 h,吸附动力学过程可用准二级动力学模型精准拟合(R²>0.9),表明化学吸附主导了整个吸附过程;等温吸附曲线为典型的非线性吸附,可用Langmuir 等温吸附模型拟合。结果表明,甘蔗渣和玉米芯对水中亚甲基蓝有较好的吸附去除能力,最大吸附量分别为22.03 和19.72 mg/g。

S2 反问题法是重要的初始设计评估手段。通过选择合理的损失模型并进行验证,得到了适用于大涵道比风扇的S2 反问题评估方法,并系统研究风扇关键几何参数对风扇气动效率的影响规律。结果表明:当进口机匣半径增大到一定程度,增大半径对于风扇效率的改善已不明显;当进口轮毂比大于0.295 时,风扇效率将急剧下降;流道形式采用等外径或近似等外径设计时,风扇具有更高的效率;而风扇出口尺寸的选择除满足流量系数的要求之外,还应考虑与下游部件的匹配,以提高整个压缩系统的效率。

1992 年初,苏·罗德里格兹已经活了42 个年头。那时候,维多利亚市的人们正准备迎接春天。但对她来说,加拿大寒冷的冬天却永远不会结束,因为她刚刚被确诊患有肌萎缩侧索硬化症(ALS,俗称“渐冻人症”)。

俄罗斯科学工程协会联合会(以下简称“科工联”),是俄罗斯非政府性质的独立社会团体,是一个由各自具备法人地位的科学、科技、工程、经济社团组成的创造性联合体,科学家、工程师和专业人员们因为有着共同的创造和职业需求走到一起,为达成共同的目标和任务,建立了科工联,科工联具有成员平等、开发创新、民主独立、合法公开、自筹资金的活动原则。

如果一场暴风雨中的所有雨水汇聚成一整滴落下来会怎样呢？如果地球上的人尽可能地聚集在一个地方同时跳起,并同时落地,会发生什么呢？如果有一颗小行星非常小,但质量却非常大,有没有可能像小王子那样住在上面呢？如果每个参加SAT 考试的孩子每一道多选题都是瞎蒙的,那么能有多少人得高分呢？……

现代生命技术的确是一把双刃剑,它的成就往往使医学处于两难境地。现代生命技术解决的是人的身体问题,而对生命的意义和价值却无法给予回答和解释。在医学技术高度发展、物质文明与精神文明出现某种断裂的背景下,儒家思想反而越发显示出超凡和生机。

“没有治愈办法”——3000 多年前的古埃及人这样描述面对癌症时的无助,由于外科手术也无法根治这种恶疾,这个悲观结论一直延续至今。而且,无论是外科手术还是放疗与化疗,传统的治疗手段都会严重破坏机体的免疫力,很多人即便躲过了癌症的困扰也无法重新拥有健康的体魄。

我于2011 年在华中科技大学生物医学工程系博士毕业后,到美国佐治亚州立大学生物医学科学研究所做博士后。2014 年应聘到西南大学清洁能源与先进材料研究院开始自己的独立科研生涯。见有不少国内博士生困惑于申请海外博士后的种种,在此我简单介绍一些申请的经验和看法。

不积跬步,无以至千里。希望你们不要浮躁,踏踏实实走好科研路。