本期内容简介

<正>现今人工智能取得巨大成就,给人类提出新的挑战。我刊特别邀请郭毅可院士撰写《踏踏实实地研究人工智能》一文,探讨了人工智能的发展和机器学习的研究方向。挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是大气中一类重要的污染物质,而VOCs治理关键功能材料性能的优劣是整个VOCs治理技术的核心。吴明红团队的《工业源挥发性有机物治理功能材料     

探讨室内空气中VOCs的采样及检测方法

挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是多种有机物的总称.室内空气中的挥发性有机化合物(VOC)对室内环境的污染日渐严重,对人体的健康也造成了危害,文章对室内空气污染物的监测、采样进行了分析.     

工业源挥发性有机物治理功能材料研究进展

挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)是大气中一类重要的污染物质,即使在低浓度下也会对人类的健康造成威胁。对VOCs的治理刻不容缓,而VOCs治理关键功能材料性能的优劣是整个VOCs治理技术的核心。文章总结了近年来用于吸附法、光催化法以及催化燃烧法治理VOCs的功能材料的最新科研成果,希望以此能够为将来VOCs治理材料的设计与研发提供一定的参考。     

封面说明

<正>挥发性有机物(VOCs)严重污染大气环境,危害人身健康.催化氧化法是消除VOCs的有效手段之一,其关键是高性能催化剂的研发.过渡金属氧化物(MOx)是一类高效的催化材料,但小的比表面积限制了其催化性能.将Mn+嵌入到高比表面积介孔分子筛骨架或将MOx负载到介孔载体表面上,可使Mn+和MOx呈     

重点行业挥发性有机物排放特征与评估分析

挥发性有机物(volatile organic compounds,简称VOCs)是造成我国城市大气污染的主要因素之一,包括众多行业活动在内的工业源是VOCs污染的重要来源.本研究在2007年VOCs污染源普查结果的基础上,选取了包括汽车制造、包装印刷、装备业制造、电子制造、家具制造以及生物制药等重点VOCs污染排放行业,针对每一行业,选取数家代表性企业,进行现场调研和在线监测分析.研究结果表明,这些行业排放VOCs浓度水平为中低水平,总排放浓度TVOCs一般小于1000mg/m3,每一行业特征排放物不尽相同.排放的VOCs主要包括苯系物、酯类、醇类、酮类、烯烃、氯代烃、烷烃等,其中以苯系物检出频率最高.从降低大气氧化活性,改善空气质量角度来看,汽车制造应为优控行业;从保护人体健康方面来看,家具制造和短链氯代烃应为优控行业和优控污染物.污染控制分析认为,研发低成本、高效的治理技术和建立健全相关的排放标准/法规是当前行业VOCs排放控制工作的关键所在.     

基于中国四大城市群计算的最大增量反应活性

我国臭氧污染呈逐年加重的趋势,已有研究显示我国大部分城市地区处于臭氧生成的挥发性有机物(volatile organic compound, VOCs)控制区,因此准确计算VOCs对臭氧生成潜势的贡献是对于臭氧污染采取科学有效防控措施的前提条件.本研究使用基于二代区域大气化学机理(the second regional atmospheric chemistry mechanism,RACM2)的盒子模型,建立我国四大城市群(京津冀、长三角、珠三角以及成渝地区)的基准情景以及最大增量反应活性(MIR)情景,计算了适用于我国大气复合污染条件下的VOCs最大增量反应活性(MIR_CHN).与Carter基于美国39个城市所计算的MIR相比,我国最活跃VOCs与最惰性VOCs之间的最大增量反应活性差异范围更大.若使用基于美国39个城市所计算的MIR对我国城市地区的臭氧生成潜势进行预判,容易造成对于我国城市地区臭氧污染控制过程中特征VOCs的误判.因此本研究计算得到的MIR_CHN能够更准确地评估我国大气条件下VOCs的臭氧生成潜势,且对臭氧生成过程中关...     

我国典型城市群O_3污染成因和关键VOCs活性解析

京津冀、长三角、珠三角和成渝地区四大城市群在夏秋季大气臭氧(O_3)污染问题严重.为了深入认识O_3的区域污染特征及其成因,在上述4个城市群于2014~2016年夏秋季节,开展了大气O_3及其前体物(氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs))等的综合观测研究.观测发现,臭氧污染区域性明显,臭氧最大8h值在59~146(10~(-9)V/V),整体上城市站点臭氧浓度水平较郊区站点低,臭氧前体物NO2平均浓度水平在4~22(10~(-9)V/V),VOCs浓度为11~53(10~(-9)V/V),VOCs活性水平在1.6~10.5s~(-1).使用基于观测的盒子模型(OBM)分析臭氧生成控制区,发现四大城市群的O_3生成多数处于人为源VOCs控制区或者过渡区,且对烯烃和芳香烃的敏感性最强.运用PMF受体模型对城市站点VOCs来源进行解析,结果表明机动车尾气排放和汽油挥发是城市VOCs主要来源,占比30%~50%;溶剂涂料使用其次,占比为10%~20%.综合而言,我国现阶段臭氧污染防控应以VOCs控制为主,其中应着重控制机动车尾气排放和溶剂涂料使用.     

长江三角洲区域细颗粒物和臭氧对前体物减排的响应及政策启示

大气细颗粒物(PM_2.5)和臭氧（O₃）污染已成为中国当前最严峻的大气环境问题.氮氧化物（NO_x）与挥发性有机物（VOCs）是PM_2.5和O₃的共同前体物,准确量化NO_x与VOCs对PM_2.5和O₃的非线性响应关系,是实现PM_2.5和O₃的协同防控、持续改善环境空气质量的前提.本研究构建了长江三角洲（简称长三角）地区大气PM_2.5和O₃对其前体物排放的响应曲面模型（RSM）,探究了长三角41个城市不同季节大气PM_2.5和O₃对NO_x与VOCs减排的协同响应,提出了在长三角地区应采取分区域、分阶段、分季节的PM_2.5和O₃的协同调控策略.本研究还发现长三角地区不同城市的排放-浓度响应关系具有显著差异.对于O_3<...     

基于GC-QTOF构建挥发性有机物的非靶标筛查方法

挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)是一类影响大气质量的重要污染物,对生态安全与人体健康都具有重要影响. VOCs种类众多,全面的环境监测存在很大的技术挑战.本研究从环境空气样品中VOCs的定性筛查出发,采用气相色谱-四级杆飞行时间串联质谱(GC-QTOF)建立了一套VOCs的非靶标筛查方法,其主要流程如下:(1)在70 eV下对样品中VOCs进行分析,将获得的质谱图与仪器配套的谱图库比对,筛选出可能的候选物;(2)在15 eV条件下获取分子离子峰,根据候选物分子离子的准确度误差5 ppm(parts per million)作为阈值鉴定化合物;(3)如果分子中涉及同位素元素,进行质谱同位素分析;(4)使用保留时间预测模型,进一步辅助识别;(5)使用标准样品对识别的VOCs进行确证.采用108种VOCs进行非靶标筛查流程测试发现, 94种可以被正确识别,准确率为87%,显著高于采用GC-MS分析和谱库对比的识别率58%.对大连某企业环境大气中的VOCs进行了采样分析,筛查出30种VOCs,其中有23种通过标准样品确认,初步说明本研究构建的非靶标筛查方法可以作为环境大气中未知VOCs定性识别的技术工具.在后续研究中,将进一步对非靶标筛查方法进行环境样品分析验证和完善优化.     

MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离中的应用

气体的吸附与分离对于减缓温室效应、普及清洁能源以及治理挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)而言都显得尤为重要.以金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)为前驱体制备多孔碳材料不仅克服了某些MOFs材料水稳定性和热稳定性差的缺点,还有效地保留了MOFs材料比表面积高、孔径可调等优点,在气体吸附与分离领域具有良好的应用前景.本文介绍了MOFs基多孔碳材料的研究现状,重点探究了MOFs基多孔碳材料在气体(二氧化碳、氢气和挥发性有机物)吸附与分离领域的应用情况,并展望了MOFs基多孔碳材料在气体吸附与分离领域的发展方向,为将其更好地应用于气体吸附与分离领域提供了有价值的理论参考.     

中国PM2.5与O3协同控制路径

基于WRF-CAMx（the weather research and forecasting model and the comprehensive air quality model with extensions）空气质量模型定量分析了不同NO_x、挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）在减排情景下全国及重点区域PM_2.5与O₃浓度变化情况,并通过引入敏感度的概念,评估PM_2.5与O₃对NO_x、VOCs减排的敏感性,直观地揭示了NO_x、VOCs减排对PM_2.5与O₃浓度改善效益,以此提出中国PM_2.5与O₃协同控制路径.模拟结果表明,NO_x减排可有效降低全国及重点区域PM_2.5与O₃浓度,减排比例较小时,PM_2.5浓度...     

计算模拟研究挥发性有机胺的大气转化机制与动力学

对流层大气包含大量的挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs),种类可高达10万种.研究表明, VOCs的大气转化对于O₃和二次有机气溶胶的形成起着重要作用.因此,获取VOCs的大气转化机制与动力学是量化VOCs区域或全球大气质量影响所需的重要信息.有机胺是一类重要的VOCs,其来源包括天然源和人为源.特别是,随着基于胺溶液的燃烧后CO₂捕捉技术的大规模应用,将会排放大量的挥发性有机胺,进而增加大气中有机胺的种类和浓度.近年来,越来越多的科学家开始关注基于胺溶液的CO₂捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学.本文在早期关于有机胺的大气转化综述的基础上,重点介绍2012年以来,国内外学者采用计算模拟方法研究CO₂捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学的最新进展,展望有机胺大气转化的未来研究方向.     

转鼓生物过滤器去除挥发性有机物的数值模拟

转鼓生物过滤器能有效地去除废气中的挥发性有机物. 根据生物过滤器中的物质传递特点, 依据双膜理论、质量守恒定律和Monod动力学方程, 建立了挥发性有机物在转鼓生物过滤器气相、水相和生物膜相中的传质降解模型. 该模型考虑了因生物膜增长而导致介质比表面积和空隙率的变化, 及其对去除效率的影响. 甲苯被选择为模型挥发性有机物. 因操作条件复杂, 引入有效气速系数并忽略液相传质阻力来简化模型. 模型求解时分别运用配置法、解析法、Runge-Kutta法来求解生物膜相和气相的传质降解方程和生物膜的增长方程, 并使用MATLAB软件编程求解. 数值模拟结果表明转鼓生物过滤器的甲苯去除率先升高, 到第4天达到最大值97%, 第5天后有明显逐步降低并稳定在90%. 转鼓外层介质中的甲苯浓度高, 甲苯降解量大于70%; 内层介质中的甲苯浓度低, 降解量小于10%. 与试验结果的比较证明该模型能较好地模拟多层转鼓过滤器降解甲苯的动态运行性能.     

分餐而食难在哪

正随着餐饮企业陆续恢复堂食营业,如何避免消费者在就餐的过程中发生交叉感染,成为不少餐厅的防控重点。世界中餐业联合会向海内外中餐企业和广大中餐消费者发出《"培养健康饮食习惯、共创中华餐桌文明"倡议书》,目前已有10多个省份的200多家餐饮企业响应。然而推进公众文明、健康、科学的分餐就餐形式是一个循序渐进的过程,仍面临一些需要解决的难题。     

掺硫多孔石墨烯对典型VOCs的光催化性能

燃料燃烧、交通运输、化工生产等过程产生的挥发性有机污染物（volatile organic compounds,VOCs）是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要物质.多相光催化反应因条件温和、直接利用太阳光驱动等优点而成为一种理想的VOCs降解技术.本研究采用密度泛函理论,计算掺杂非金属硫原子的单层多孔石墨烯（porous graphene,PG）的光催化性能,包括能带结构、能带边缘位置、分波态密度和前线轨道（highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital,HOMO-LUMO）以及它的光学吸收谱,对O₂、H₂O和VOCs分子的吸附性能等,以探讨光催化降解VOCs的可能性.掺杂硫原子后,PG材料能带的带隙大幅降低,对O₂分子的吸附能显著提高,结合能带边缘位置的结果,表明PG材料能产生更多的光生电子,并且提高了产生超氧自由基的能力.对比原始PG材料,硫掺杂PG（S-doped PG）材料的光学响应向红外区偏移,光吸收波长阈值增大,表明硫原...     

上海大学与华为联合举办量子科技学术研讨会

<正>2019年9月21-22日,由上海大学与华为共同举办的量子科技学术研讨会在上海大学方润华讲堂召开。本次研讨会由上海大学量子人工智能科学技术研究中心主任Enrique Solano和华为数据中心技术实验室量子计算软件与算法首席科学家翁文康(Man-Hong Yung)教授共同担任组委会主席。Enrique Solano教介绍了量子人工智能科学技术研究中心的科学研究和国内外合作进展,希望本次会议提供量子计算研究国际交流合作的平台,并鼓励广     

氯代挥发性有机物的光、电催化去除研究进展

氯代挥发性有机物(chlorinated volatile organic compounds, Cl-VOCs)的化学稳定性好、毒性高、半衰期长,其去除技术一直都是环境领域的一个重点.光、电催化技术因其催化效率高、工艺设备简单、反应条件温和以及经济环保等工艺优势,受到广泛的关注.本文在对Cl-VOCs的去除方法进行简要分析的基础上,重点综述了光催化降解和电催化脱氯技术去除Cl-VOCs的研究进展.首先对Cl-VOCs的光、电催化反应机制及其优缺点进行简要总结;其次,结合光、电催化反应过程以及Cl-VOCs自身结构特点与催化剂的关系等方面,总结了催化活性的影响因素以及催化剂的种类和特性,为后期Cl-VOCs的有效处理和资源化利用以及高性能的催化剂的合理设计提供参考和依据;最后,对Cl-VOCs光、电催化去除领域潜在的发展趋势进行了展望.     

环境催化——大气污染控制和预防的化学

以控制和预防大气污染为目的之一的环境催化科学和技术,在90年代有很大的发展.本文阐述了其中八个值得重视的研究方面.它们是富氧条件下消除NO_x的新催化剂和催化反应;消除SO_x及一步法消除SO_x、NO_x的催化途径;催化燃烧替代火焰燃烧以及挥发性有机组分(VOCs)废气的催化氧化;汽油车排气催化净化性能的提高和柴油车排气及黑烟微粒的催化消除;氯氟烃类(CFCs)催化分解和催化合成代用品;C0_2的催化合成利用;臭氧在低层大气中的催化消除;以及无害化催化过程的设计和有害化工路线的改造.     

《自然杂志》出刊300期回眸

<正>《自然杂志》创刊于1978年5月,由上海科学技术出版社主办,主编为贺崇寅。办刊时的宗旨为:传播科学,认识自然。1995年,钱伟长将《自然杂志》引入到上海大学,由上海大学主办。钱伟长希望"把刊物办成沟通不同学科、不同专业的桥梁"。1998年,《自然杂志》创刊20周年,钱伟长接见编辑部成员并为杂志题词:"发扬创新精神,繁荣科学事业。"2005年,《自然杂志》聘请董远达教授为主编。《自然杂志》把办刊理念总结为:奉献原创科普精品,解读科学前沿动态,沟通文理两种文化,弘扬科学人文精神。《自然杂志》也明确了高级科普文章的写作要求:深入浅出、通俗易懂、图文并茂、生动有趣。     

永不言弃、懂得感恩的年轻人会有更大作为——访上海大学无人艇工程研究院副院长蒲华燕

<正>上海大学无人艇工程研究院研制的"精海"系列无人艇近年获得包括国家技术发明二等奖、上海市科技进步一等奖等多个奖项,其成果交付国家海洋局东海分局、交通运输部东海航海保障中心等单位在东海、黄海、南海和南极等海域应用,为国家的海洋战略、极地科研和国防事业做出了重要贡献。2017年入选启明星计划的蒲