环境修复新型纳米TiO2材料的合成因素探讨

当前在环境污染处理方面,纳米TiO2显示出非常优异的光催化降解性能,但在众多种合成纳米TiO2的方法中很难对合成因素加以调节以使合成产品性能得到改善,用较为温和温度下的晶化来替代高温晶化,可以较大程度地克服一些合成方法的弊端,水热合成法利用反应料液自生的一些压力可以促进温和温度下纳米晶体的合成。因此,文章以水热合成纳米TiO2为讨论重点,综述了纳米TiO2合成过程中实验原料（如钛源、反应添加剂）、实验环境（如反应体系状态、温度、压力、pH）、实验过程控制条件（如升温速率、反应时间）等因素对所得纳米粒子物化性质的影响。经讨论发现各因素间有着紧密的相关性,需要一个完整的参数体系来联系各因素,从而指导纳米TiO2制备技术的改进,对纳米TiO2制备过程进行讨论的同时指出存在的一些问题及其今后的发展趋势。     

纳米TiO2光半导体溶胶对植物病原微生物的抗菌性能

鉴于纳米二氧化钛半导体材料在医学、环保领域对细菌、病毒等微生物长效、安全、无残留的成功抑制,本试验探讨纳米二氧化钛半导体材料在植物领域对植物病原微生物的杀灭与抑制作用.通过溶胶凝胶法合成纳米TiO2半导体溶胶材料,无菌瓷板涂布成膜,黑光照射,统计病原菌存活数、相对抗菌率,鉴定TiO2溶胶的抗菌效果.结果表明,该溶胶的平均粒径为30.6 nm,为锐钛矿型,分散度、稳定度良好,成膜与附着力良好.抗菌鉴定表明,3次均匀涂布成膜的抗菌瓷板效果最好,涂布高于3次,膜易脱落;对在3次成膜瓷板的相对菌落存活数统计表明,与对照相比,TiO2溶胶对植物细菌性病原菌具有显著的抗灭与抑制效果,延长照射时间,抗菌能力增强;相对抗菌率表明,延长光照为24 h,相对抗菌率为100%,对各菌种的抗菌率无差异.因此,TiO2半导体溶胶材料是一种强效的、广谱的新型绿色环保抗菌剂.     

Ag掺杂APS改性的TiO_2颗粒的制备及其光催化降解作用

为提高Ag/TiO2纳米颗粒的光催化降解作用,采用聚合凝胶工艺路线,以钛酸四丁酯为前驱体,硝酸银为银源,通过向反应体系引入鳌合剂醋酸、表面改性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）以及还原剂甲醛等添加剂,制备出TiO2粉体及Ag/TiO2纳米复合粉体。利用FT-IR、XRD、TG-DTA、TEM和UV-Vis-NIR等手段对样品进行表征。结果表明,经γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的TiO2颗粒掺Ag后分散性得到改善,粒径约1 nm的Ag颗粒较均匀地分布在10～15 nm TiO2颗粒上;可见光的利用和锐钛矿热稳定性都得到提高;Ag/TiO2纳米颗粒在光照下对甲基橙具有良好的光催化降解效果。     

鸡白细胞介素2（IL-2）DNA-壳聚糖纳米粒的制备及体外转染

构建了携带鸡白细胞介素2(IL-2)编码基因的重组真核表达质粒,通过复凝聚法制备了含有该重组真核表达质粒的壳聚糖纳米粒子.对制备的IL-2DNA-壳聚糖纳米粒子(IL-2 DNA-chitosan nanoparticles)进行了表征.纳米粒子呈球形,粒径分布范围为50～500nm,表面带正电,电势为+17.8mV,DNA质量占纳米粒子总质量的40.2%.DNA酶保护性、稳定性和体外释放试验证明,制备的纳米粒子在微酸性(pH 6.0)和微碱性(pH 7.4)环境中稳定性较高,可保护携带的DNA分子不被0.6～0.8U/mL DNA酶的降解.用制备的纳米粒子转染Df-1细胞系,间接免疫荧光检测结果证明,该纳米粒子可携带质粒DNA进入细胞,使携带的外源基因获得表达.流式细胞术检测证明,纳米粒子的转染效率为0.2%,与裸DNA转染对照组相比较,包封入壳聚糖纳米粒子中可提高DNA的转染效率.     

玉米醇溶蛋白-壳聚糖纳米营养递送粒子的制备及性质

利用蛋白质和多糖构建纳米营养递送载体,是提高食品活性物质稳定性及利用率的重要手段。为了构建具有缓释特性的纳米营养递送体系,该研究以玉米醇溶蛋白（zein）为基材,构建玉米醇溶蛋白-壳聚糖纳米营养递送体系,以姜黄素（Cur）为营养模型,探究了壳聚糖分子量、zein与壳聚糖质量比对纳米粒子及其负载Cur性能的影响,通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）、傅里叶红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR）等方法表征其结构,阐明复合纳米粒子形成机制,探讨其稳定性和缓释性能。结果表明：不同分子量的壳聚糖对纳米粒子的粒径、多分散性指数和zeta电位有影响。高分子量壳聚糖的加入可使纳米粒子粒径减小,且更加稳定。在zein与高分子量壳聚糖质量比为8∶1时,制备纳米粒子粒径较小（80.13 nm）,其zeta电位为46.18 mV;在此条件下,当姜黄素添加量为1.0%时,其包封率和负载量分别为82.93%和8.29%;通过SEM观察,纳米粒子呈球形,分布均匀;氢键及静电相互作用是组装该纳米粒子的作用力;壳聚糖的引入提高了纳米粒子的pH值、离子及储藏稳定性,扩展了其应用范围;与游离的姜黄素相比,纳米营养递送粒子呈现明显的缓释特性。研究结果为构建具有缓释特性的营养递送体系提供了理论基础。     

TiO2纳米粒子气固相光催化降解乙烯初探

该文对TiO2纳米粒子气固光催化降解果蔬贮藏环境乙烯技术进行了初步研究.采用溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2薄膜作光催化剂,利用自行设计的气固光催化实验系统,研究了乙烯浓度、紫外光作用时间对光催化降解反应的影响,探讨了乙烯的光催化降解的动力学.结果显示:该研究所制备的TiO2锐钛矿型含量为48.766%,比表面积为47.186 m2/g,具有良好的光催化性能;光催化降解乙烯比直接紫外线光降解效果显著,光照10 min时光催化乙烯降解率比直接紫外线光降解提高23.76%;乙烯的降解率随着其浓度的增加而降低;乙烯的光催化降解的动力学可以用Langmuir-Hinshelwood动力学方程加以描述.     

不同改性方法对沸石吸附对硝基苯酚能力的影响

利用酸改性、热活化、有机改性及联合改性等方法对沸石进行改性,制备了不同种类的改性沸石。通过紫外分光光度法对这些改性沸石吸附对硝基苯酚的能力进行检测,并用扫描电镜及X射线衍射对改性沸石的结构进行表征,着重比较改性过程中酸改性和灼烧改性实施顺序不同对沸石吸附能力的影响。结果表明,与500℃灼烧相比,900℃灼烧对沸石吸附能力的提高更为明显,但对沸石的结构有所破坏。酸改性可以去除沸石所携带的大量杂质,使孔道的连通性更好,从而使酸改性沸石对对硝基苯酚的吸附能力比灼烧改性沸石高。未经酸洗涤的沸石中所含杂质可能会在灼烧过程中对沸石的结构产生影响,先采用酸改性再结合热活化的方式对沸石进行改性比较合适。酸改性＋热活化（500℃）后再与有机改性结合,可以使改性沸石对对硝基苯酚吸附量大大增加。不同改性沸石的吸附能力依次为：有机改性沸石〉酸热联合改性沸石〉酸改性沸石〉灼烧（500℃）改性沸石〉天然沸石。     

ZnO纳米粒子光催化降解失效农药草甘膦的研究

采用Zn（NO3）2.6H2O和CF3COONa为原料制备ZnO纳米材料,运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见漫反射光谱（UV-VisDRS）测定等技术对其进行表征。ZnO纳米粒子在波长为200～400nm的紫外光范围内具有强吸收,以高压汞灯为光源,利用ZnO纳米催化剂对失效农药草甘膦（FGP）进行光降解实验。研究表明,在经900℃煅烧的ZnO纳米粒子浓度为0.5g.L-1,FGP试液初始pH=2.2的条件下,光催化降解90min后FGP去除率达91.8%;光催化体系中,引入Fe3＋有利于提升ZnO纳米粒子催化活性。光谱分析显示,经ZnO纳米粒子光催化,失效农药草甘膦基本降解。     

秸秆炭强化镁镧氧化物对沼液磷的回收效果

为回收沼液中的磷元素,前期研究采用了由镁镧金属离子调控合成的层状双金属氢氧化物（Mg/La0.1-LDO）材料,发现其具有丰富的层间离子和纳米粒子,在磷吸附方面体现了优异性能,但材料回收的分散性及原料成本高等因素降低了其应用价值。该研究利用农作物（水稻、玉米）秸秆固定强化Mg/La0.1-LDO,通过共热解法制备了不同温度（400、500和600 ℃）的秸秆炭镁镧双金属氧化物纳米复合材料（BC-LDO）,考察不同条件下制备的BC-LDO对沼液磷的回收能力和机理。结果表明,高温（600 ℃）热解更有助于纳米粒子固定在秸秆炭上,秸秆炭强化镁镧氧化物复合材料（6YBC-LDO）含有丰富的介孔和微孔,更易与磷酸盐结合形成LaPO4沉淀和配体交换形成Mg3(PO4)2内球络合物,6YBC-LDO对磷酸盐具有高度选择吸附性并可多次重复利用,能在30 min内回收沼液中90%的磷,饱和吸附量达366.39 mg/g。将该材料应用于沼气工程沼液磷回收处理中,投加2 g/L吸附剂可去除沼液中90%以上的磷酸盐,表明采用6YBC-LDO处理沼液具有良好应用前景。     

纳米Fe~(3+)/TiO_2改性聚乙烯醇基紫胶复合膜对鸡蛋的保鲜效果

为了探究纳米Fe3+/TiO2改性聚乙烯醇基紫胶复合膜对清洁鸡蛋的保鲜效果,该文中将新鲜鸡蛋分组后涂上聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)单膜和纳米Fe3+/TiO2改性聚乙烯醇基(polyvinyl alcohol)紫胶复合膜后,测定储藏过程中各组鸡蛋的感官品质、失重率、哈夫单位(haugh units,HU)、蛋黄指数、色差、pH值和菌落总数等,再对各项指标进行统计分析。结果表明:各组鸡蛋的品质指标在储藏过程中都有显著变化(P0.05);贮藏过程中纳米Fe3+/TiO2改性聚乙烯醇基紫胶复合膜组的鸡蛋品质指标显著优于聚乙烯醇单膜组和未涂膜组(P0.05),表明复合膜对鸡蛋的保鲜效果优于聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)单膜和未涂膜。未处理的和清洗消毒过的,聚乙烯醇基单膜涂膜包装后的,和纳米Fe3+/TiO2改性聚乙烯醇基紫胶复合膜涂膜包装后的清洁鸡蛋,其保质期分别为20~30、50~60和70~80 d,表明聚乙烯醇单膜可延长鸡蛋保质期30 d左右而复合膜可延长达50 d左右;该研究结果为纳米改性复合涂膜材料在新鲜鸡蛋贮藏保鲜上的应用提供参考。     

纳米二氧化钛抗菌防雾膜的制备表征及对草莓的保鲜效果

为延长果蔬的货架期,制备了由防雾剂(司班-20和吐温-20)和纳米二氧化钛组成的防雾膜。测定了该膜的光学性能、防雾性能、水蒸气透过率(WVTR)、接触角(CA)、扫描电镜(SEM)等性能,并与对照膜进行了比较。研究表明,P-ST膜和P-ST-Ti O2膜均有具有良好的防雾性,但P-ST-TiO_2膜的防雾性更加稳定长效。P-ST-TiO_2膜的接触角最小为12.5°,水蒸气透过率最高达到4.871 g/m2·d。通过添加纳米二氧化钛,P-TiO_2膜和P-ST-TiO_2膜均具备了紫外线阻隔性。草莓保鲜试验显示,P-ST-TiO 2膜可在室温下延长草莓货架期1周。P-ST-Ti O2膜可作为一种有潜力的防雾包装材料来提高果蔬的货架期。     

Chromoplast morphology and beta-carotene accumulation during postharvest ripening of Mango Cv. 'Tommy Atkins'

Accumulation of beta-carotene and trans-cis isomerization of ripening mango mesocarp were investigated as to concomitant ultrastructural changes. Proceeding postharvest ripening was shown by relevant starch degradation, tissue softening, and a rising sugar/acid ratio, resulting in a linear decrease (R (2) = 0.89) of a ripening index (RPI(KS)) with increasing ripening time. A modest accumulation of all-trans-beta-carotene and its cis isomers resulted in a slight pigmentation of the mango chromoplasts, because ambient temperatures of 18.2-19.5 degrees C provided suboptimal ripening conditions, affecting color development and beta-carotene biosynthesis. The ultrastructures of chromoplasts from mango mesocarp and carrot roots were comparatively studied by means of light and transmission electron microscopy. Irrespective of the ripening stage, mango chromoplasts showed numerous plastoglobuli varying in size and electron density. They comprised the main part of carotenoids, thus supporting the partial solubilization of the pigments in lipid droplets. However, because different pigment-carrying tubular membrane structures were also observed, mango chromoplasts were assigned to the globular and reticulotubular types, whereas the crystalline type was confirmed for carrot chromoplasts. The large portions of naturally occurring cis-beta-carotene in mango fruits contrasted with the predominance of the all-trans isomer characteristic of carrots, indicating that the nature of the structure where carotenoids are deposited and the physical state of the pigments are crucial for the stability of the all-trans configuration.     

正电晕放电耦合Ag-TiO_2降解乙烯的动力学及参数优化

为了解直流正电晕-纳米银沉积纳米TiO2光电催化耦合反应系统降解乙烯及调控臭氧的机理及其动力学规律,该文采用多针对圆筒内壁式电晕放电反应器为对象,在模拟园艺产品的冷藏环境中,进行了纳米TiO2的掺银量、放电功率和气流量等因素对乙烯降解和臭氧控制效果的影响研究。结果表明:建立了正电晕放电耦合活性炭纤维(activated carbon fiber,ACF)负载掺银的纳米TiO2(Ag-TiO2/ACF、Ag-TiO2*/ACF)降解乙烯的动力学模型,通过龙格库塔法数值求解微分方程组和最小二乘法得到动力学模型的反应常数,通过对反应常数比较,正电晕放电耦合Ag-TiO2*/ACF催化膜对乙烯降解和控制臭氧浓度具有较优的性能。采用二次旋转组合试验和回归拟合,建立了正电晕放电耦合Ag-TiO2*/ACF催化膜的乙烯降解反应常数、臭氧浓度上限的预测值与影响因素关系的二次多项数学模型,验证了模型的有效性,并优化出反应体系参数。研究结果为正直流电晕放电耦合纳米二氧化钛技术在园艺产品贮运保鲜设备中的应用提供了依据。     

Edible coatings influence fruit ripening, quality, and aroma biosynthesis in mango fruit

The effects of different edible coatings on mango fruit ripening and ripe fruit quality parameters including color, firmness, soluble solids concentrations, total acidity, ascorbic acid, total carotenoids, fatty acids, and aroma volatiles were investigated. Hard mature green mango (Mangifera indica L. cv. Kensigton Pride) fruits were coated with aqueous mango carnauba (1:1 v/v), Semperfresh (0.6%), Aloe vera gel (1:1, v/v), or A. vera gel (100%). Untreated fruit served as the control. Following the coating, fruits were allowed to dry at room temperature and packed in soft-board trays to ripen at 21+/-1 degrees C and 55.2+/-11.1% relative humidity until the eating soft stage. Mango carnauba was effective in retarding fruit ripening, retaining fruit firmness, and improving fruit quality attributes including levels of fatty acids and aroma volatiles. Semperfresh and A. vera gel (1:1 or 100%) slightly delayed fruit ripening but reduced fruit aroma volatile development. A. vera gel coating did not exceed the commercial mango carnauba and Semperfresh in retarding fruit ripening and improving aroma volatile biosynthesis.     

纳米TiO2改性低密度聚乙烯包装保持山核桃贮藏品质

为了探索纳米二氧化钛(titanium dioxide,TiO_2)改性低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)薄膜对山核桃贮藏品质的影响,研究了普通LDPE薄膜和纳米TiO_2改性LDPE薄膜两种包装对20℃下山核桃贮藏品质的影响。结果表明:与对照组相比,纳米TiO_2改性LDPE薄膜可更快形成高CO_2低O_2气体环境,延缓过氧化值和己醛升高,抑制过氧化物酶、脂氧合酶和脂肪酶活性,减缓脂肪、可溶性总糖、总酚和总生育酚降低。贮藏180 d后,纳米TiO_2改性LDPE薄膜包装山核桃O_2比对照组低36.36%(P0.05),CO_2比对照组高7.25%(P0.05);过氧化值和己醛分别比对照组低35.32%和41.21%(P0.05);总脂肪、可溶性总糖、总酚和总生育酚分别比对照组高4.07%、6.90%(P0.05),11.37%和8.87%(P0.05);过氧化物酶、脂氧合酶和脂肪酶活性分别比对照组低17.21%、8.96%和20.55%(P0.05),表明纳米TiO_2改性LDPE薄膜有利于保持山核桃贮藏品质。研究结果为山核桃保藏包装的应用提供理论参考。     

In situ and in vitro antioxidant activity of sweetpotato anthocyanins

Anthocyanins from a variety of fruits and vegetables have been shown to possess potent antioxidant activity in vitro, but scavenging of free radicals by anthocyanins has only been demonstrated in situ in the leaves of certain plants. We report on a new sweetpotato that exhibits mottled purple flesh attributable to high concentrations of anthocyanins. By perfusing transverse sweetpotato sections with the reactive oxygen species H(2)O(2), followed by the H(2)O(2) sensitive fluorochrome scopletin, we show that anthocyanins act as antioxidants in situ within the sweetpotato storage roots. We also demonstrate in vitro antioxidant activity by sweetpotato anthocyanins, where an additive effect with hydroxycinnamic acids is observed. Anthocyanic foods have been shown to offer protection against a variety of degenerative disease processes. Given that sweetpotato can be eaten several hundred grams at a time and as a staple, these data are consistent with the possibility of superior health protection by anthocyanic varieties of sweetpotato in comparison to most common fruits and vegetables.     

未成熟芒果的改进YOLOv2识别方法

在果园场景下,由于光照的多样性、背景的复杂性及芒果与树叶颜色的高度相似性,特别是树叶和枝干对果实遮挡及果实重叠,给未成熟芒果检测带来极大的挑战。本文提出果园场景下未成熟芒果的改进YOLOv2检测方法。设计新的带密集连接的Tiny-yolo网络结构,实现网络多层特征的复用和融合,提高检测精度。为克服遮挡重叠果实检测困难,手工标注遮挡或重叠芒果的前景区域,然后用样本的前景区域训练YOLOv2网络,减小边界框内非前景区域特征的干扰,增强对目标前景区域卷积特征的学习。并以扩增的数据集,采用增大输入尺度和多尺度策略训练网络。最后,对本文方法进行性能评价与对比试验。试验结果表明,该方法在测试集上,芒果目标检测速度达83帧/s,准确率达97.02%,召回率达95.1%。对比Faster RCNN,该方法在杂物遮挡和果实重叠等复杂场景下,检测性能显著提升。     

基于酶动力学方程的双孢蘑菇气调贮藏呼吸速率模型

为了给气调贮藏设计提供理论设计依据,采用酶动力学方程,建立了双孢蘑菇呼吸速率随贮藏时间变化的理论模型;研究了在贮藏温度为5℃、气体体积分数为20%O_2、80%N2的贮藏条件下,贮藏时间对双孢蘑菇采后呼吸速率的影响,并建立了双孢蘑菇呼吸速率随贮藏时间变化的数学模型,模型决定系数R~2为0.9766、0.9331。模型与实测值进行配对T检验差异不显著(P0.05),呼吸速率值的绝对误差小于5 m L/(kg·h),相对误差变化范围为0.06%~24.95%。在已建模型基础上,研究不同贮藏温度(5、10、15、20℃)对已建模型参数的影响,利用Arrhenius方程来描述贮藏温度对果蔬呼吸速率的影响,建立了包含温度和贮藏时间因子的呼吸速率模型,模型决定系数R~2为0.9073、0.9350。验证试验结果表明,模型与实测值进行配对T检验差异不显著(P0.05),呼吸速率值的绝对误差小于17 m L/(kg·h),相对误差变化范围为1.00%~25.25%。该模型可为双孢蘑菇气调贮藏期间呼吸速率的预测及贮藏品质研究提供参考。     

改进型环形射流泵输送不同果蔬试验

为了研究果蔬的形状、大小和密度对环形射流泵输送性能的影响,该文采用喉管直径为60 mm的环形射流泵进行了马铃薯、胡萝卜、圣女果和金桔的输送试验,对入口结构、流量比、输送高度和果蔬种类4个因素对输送性能的影响进行了研究,并分析了不同工况对果蔬损伤的影响。结果表明:吸入口结构对输送性能有很大的影响;该环形射流泵输送马铃薯、胡萝卜、圣女果和金桔的最高输送能力分别为3 038.13、2 158.83、2 302.92和1 949.50 kg/h;在相同的面积比和输送高度下,输送能力随工作流体流量的增加而增大;在相同的面积比和工作流体流量下,输送能力随输送高度的升高而降低;在相同的工况下,输送椭球形的果蔬的能力要优于输送长条形果蔬的能力,输送密度较大的果蔬的能力要优于输送密度较小的果蔬的能力。输送单位质量果蔬的能耗在低流量比时变化不明显,在高流量比时有较大提升。马铃薯和胡萝卜在输送过程中损伤很小,损伤原因是与管道或泵内壁或者管道接口处碰撞,马铃薯和胡萝卜的最大质量损失率分别为0.13%和0.21%,最大表面损失率为0.68%和1.20%,圣女果和金桔在所有工况没有损伤。该研究可为今后环形射流泵输送果蔬的深入研究提供参考。