来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/10/12 11:19:46
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FESE | 前沿研究:氧化环境对消化物腐殖化的影响及溶解性有机物转化过程关键物质的鉴定

论文标题:Effects of oxidizing environment on digestate humification and identification of substances governing the dissolved organic matter (DOM) transformation process(氧化环境对消化物腐殖化的影响及溶解性有机物转化过程关键物质的鉴定)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Yingchao Zhang, Hongqiong Zhang, Xinwei Dong, Dongbei Yue, Ling Zhou

发表时间:15 Aug 2022

DOI: 10.1007/s11783-022-1520-0

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原文链接(点击“阅读原文”直接获取)

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-022-1520-0

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(8): 99

原文信息

题目:

Effects of oxidizing environment on digestate humification and identification of substances governing the dissolved organic matter (DOM) transformation process

作者:

Yingchao Zhang 1,2, Hongqiong Zhang 3, Xinwei Dong 2, Dongbei Yue () 2, Ling Zhou 4

作者单位:

1 Yanshan University, China

2 Tsinghua University, China

3 Northeast Agricultural University, China

4 Tarim University, China

通讯作者邮箱:

yuedb@tsinghua.edu.cn

关键词:

Liquid digestate (液体消化液);

MnO2(二氧化锰);Oxygen (氧);

DOM transformation (DOM的转化);

Humic-like acids (类腐殖酸)

文章亮点

• 研究了不同氧化环境下液体消化液的腐殖化过程;

• 类色氨酸物质主导了液体消化液DOM的转化;

• 明确了液体消化液DOM的腐殖化序列;

• 首次基于UV325识别了腐殖化反应过程的前腐殖质中间体。

文章简介

生物质废弃物的厌氧消化越来越受到人们的关注,其富含营养物质的最终副产物(液体消化液)中含有大量的矿物质(磷、钾),其总氮含量也较高。非生物的腐殖化途径(如MnO2等矿物控制介导)可以形成腐殖质以及类腐殖酸物质(HLAs),而此类HLAs可作为有机土壤改良剂,用于可持续农业生产。

本研究探讨了不同氧化环境下MnO2对消化DOM的非生物腐殖性能的影响。研究结果表明,DOM的消化率很大程度上取决于其氧化环境,而MnO2可有效增强氮参与的HLAs形成过程。因此,MnO2和氧气的协同作用可有效提高HLAs的产量。二维相关光谱结果表明,消化DOM的反应顺序依次为类蛋白物质、325 nm吸光度物质、254 nm紫外吸光度物质和HLAs。此外,激发发射矩阵荧光结合平行因子分析(EEM-平行因子分析算法)进一步表明,类色氨酸C3比类酪氨酸C2更容易发生转化,是腐殖化过程的重要物质,极大地促进了HLAs的形成和积累。在325 nm处出现吸光度的物质是类蛋白物质向HLAs转化过程中的反应中间体。

文章摘要图

编委点评

本研究突出了不同氧化环境下,与腐殖化性能相关的消化DOM组分的变化,阐明了MnO2和氧气对HLAs产量的提升作用,并识别了腐殖化过程中的重要中间体(如类色氨酸的形成)。本研究结果对促进固碳相关液肥的生产以及沼气生产的可持续农业发展具有重要意义。

编者 | 刘子毅

点评 | 黄宇雄

致 谢

黄宇雄,清华大学深圳国际研究生院副教授、博士生导师,FESE青年编委。领导纳米技术的环境应用与效应课题组,研究方向为新污染物的环境归趋、风险评估及高效削减技术。入选珠江人才、深圳优青等人才计划,主持国家自然科学基金面上项目等10余项课题。个人主页:

https://www.sigs.tsinghua.edu.cn/hyx/main.htm

刘子毅,男,24岁,清华大学深圳国际研究生院2022级环境科学与新能源技术专业博士生,导师为黄宇雄副教授,研究方向为微纳塑料的环境行为及效应。

摘要

The formation of humic-like acids (HLAs) is an essential process for converting liquid digestate into organic soil amendments to enhance agricultural sustainability. The aim of this study was to investigate the impact of oxygen and/or MnO2 on the production of HLAs. Herein, abiotic humification performance of the digestate dissolved organic matter (DOM) is investigated with fluxes of air and N2 in the absence and presence of MnO2. Our results demonstrated that the fate of digestate DOM greatly depends on the oxidizing environment, the MnO2 enhanced nitrogen involved in the formation of HLAs. The synergistic effects of MnO2 and oxygen effectively improved the production of HLAs, and the corresponding component evolution was analyzed using spectroscopic evidence. The two-dimensional correlation spectroscopy results demonstrated that the reaction sequence of digestate DOM followed the order of protein-like substances, substances with an absorbance at 325 nm, substances with UV absorbance at 254 nm and HLAs. Additionally, excitation emission matrix fluorescence combined with parallel factor analysis (EEM-PARAFAC) showed that tryptophan-like C3 was more prone to transformation than tyrosine-like C2 and was responsible for the humification process. The substance with an absorbance at 325 nm was a reaction intermediate in the transformation process of protein-like substances to HLAs. The above findings can be used to promote the production of liquid fertilizer associated with carbon sequestration as well as the sustainable development of biogas production.

期刊简介

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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