四氧化三铁基纳米材料制备及对放射性元素和重金属离子的去除

四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米材料因比表面积大、功能基团多、活性强、便于磁性分离等优点,在吸附和分离放射性元素及重金属离子方面显示出了广阔的应用前景。然而,该材料也存在着易团聚、分散性差、化学稳定性差等局限性,这些缺点可通过表面功能化修饰得到大大改善。本文概括了四氧化三铁基纳米复合材料合成方法的特性、优越性和局限性,综述了水体放射性元素及重金属离子污染去除研究中的磁性纳米材料的类型,归纳总结并比较了功能性磁性纳米材料对不同种类的放射性元素及重金属离子的去除能力及优缺点,探讨了四氧化三铁基纳米材料在放射性元素和重金属离子污染去除中的应用并对其机理进行了分析,对功能化磁性纳米材料在去除放射性元素及重金属离子污染水体治理中的应用前景进行了展望。     

功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展

随着核能的广泛应用和核技术的快速发展,环境中放射性核素铀的污染日益严峻.纳米零价铁（Nanoscale Zero Valent Iron：nZVI）因其具有廉价、制备简便、高表面活性及对铀高效的吸附性能等特性而逐渐成为环境中铀污染处理的良好材料.采用可行的方法制备纳米零价铁复合材料,借助单体材料之间的协同效应可进一步提高材料对铀酰的吸附性能.因此,纳米零价铁复合材料的制备以及应用成为近期环境科学领域的研究热点之一.针对纳米零价铁及其复合材料对环境中铀酰的去除研究进行了概述和展望,包括纳米零价铁及其复合材料的制备方法、去除效果及去除机理,并且简要探讨了纳米零价铁及其复合材料在环境放射性污染治理的应用前景,以期为今后的深入研究和实际应用提供参考依据.     

MXene二维无机材料在环境修复中的应用

MXenes是一类结构新颖的无机层状纳米材料,它是由几个原子层厚度的过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成,目前被广泛应用于能源、光学、催化和吸附等领域。由于其具有高亲水性、比表面积大、表面带负电和高离子交换力等特性,被作为一种优异的吸附剂材料。MXenes材料会通过静电吸引、配位螯合等相互作用去除环境中的重金属离子与放射性元素,有望成为吸附重金属离子与放射性元素的理想载体。本文介绍了MXene材料的结构与制备方法,其去除重金属离子(如铬(Cr)、汞(Hg)、铅(Pb)、镍(Ni))与放射性元素(如铀(U)、铯(Cs)、铕(Eu)、钡(Ba)、锶(Sr))的研究进展,并对其相关的吸附行为与相互作用机理进行了重点阐述。此外,还对MXene材料在该领域所面对的挑战和未来发展进行了展望。     

层状双金属氢氧化物及复合材料对放射性元素铀的吸附及机理研究

随着核工业的快速发展，大量放射性元素铀被排放到环境中，造成严重的环境污染并给人类健康带来重大危害.层状双金属氢氧化物（LDHs）因其具有比表面积大、离子交换能力强以及独特的纳米结构等优点，在铀酰离子的去除及环境水污染处理方面展现出巨大潜力.同时，将层状双金属氢氧化物进行改性可大大增加活性位点，进一步提高材料对放射性元素铀的吸附性能.详细介绍了层状双金属氢氧化物及复合材料的制备及改性方法，通过光谱分析技术阐述了层状双金属氢氧化物对环境中铀酰离子的吸附效果以及作用机理.最后，对层状双金属氢氧化物在治理水污染中的应用前景给出个人见解，以期为今后的环境治理工作的深入研究和实际应用提供参考依据.     

水滑石基催化剂催化合成碳纳米材料的研究进展

碳纳米材料是一类推动能源存储、 多相催化、 高性能复合和生物医药等领域发展的重要材料, 可控合成碳纳米材料对相关领域的发展具有重要意义. 水滑石(LDHs)材料具有层板金属种类及含量可调等特点, 经焙烧、 还原后可制备出金属种类、 密度和粒径分布各异的高分散、 高稳定金属纳米催化剂, 可实现高效催化生长各种类型的碳纳米材料. 此外, 通过调控反应条件和反应器等, 可以影响LDHs基金属纳米催化剂催化生长的碳纳米材料的结构和性能. 本文总结了LDHs基金属纳米催化剂的可控制备、 碳纳米材料结构调控以及利用LDHs基催化剂制备的碳纳米材料的应用等方面的研究工作, 并阐明了催化剂的可控制备是控制合成碳纳米材料的核心手段, 这为利用LDHs基催化剂进一步合成更高性能碳纳米材料的研究指明了方向. 此外, 本文还结合近些年在光、 电及光热催化方面的研究进展, 展望了基于新型LDHs纳米结构生长碳纳米材料的研究前景.     

碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用

碳纳米多孔宏观体是指由碳纳米材料自组装形成的宏观多孔材料。该材料保持了碳纳米材料大的比表面积及化学、热稳定性,对水体中的污染物,如油污、染料分子及重金属离子等具有良好的吸附性能。此外,该类材料具有宏观结构及稳定的机械性能,方便操作,且易实现所吸附物的回收及吸附材料的再生。因此,碳纳米多孔宏观体成为碳纳米材料研究和应用的热点。本文梳理了碳纳米多孔宏观体的制备及其在水处理中的应用,包括碳纳米多孔宏观体的制备、污染物吸附及材料再生等。首先对碳纳米多孔宏观体用于水体净化的背景进行了介绍,之后,按照组成单元不同,将碳纳米多孔宏观体按照碳纳米管多孔宏观体,石墨烯多孔宏观体,碳纳米纤维多孔宏观体及碳纳米粒子多孔宏观体进行了分类。第三部分,详细介绍了制备碳纳米多孔宏观体的三种常见方法并分别讨论了各种方法的优缺点及所制备产物的性质。第四部分,按照不同污染物种类讲述了碳纳米多孔宏观体在水体净化中的应用。最后,针对碳纳米多孔宏观体在水体吸附应用中存在的问题进行了分析及展望。     

铁锰氧化物/碳基复合材料的制备及其对水中砷的去除

砷污染问题日益严峻,已威胁到人类的健康,因此,解决水环境中的砷污染问题迫在眉睫。近年来,铁锰氧化物/碳基复合材料因其吸附性能优越和易分离再生等优点而受到广泛的关注。尤其是纳米碳管、石墨烯等新型纳米碳基材料,其比表面积大并具有丰富的官能团,为铁/锰氧化物的负载创造了良好的条件,在其表面可以形成粒径更细的铁/锰氧化物,为砷的吸附提供了更多的吸附点位。本文重点介绍了国内外铁锰氧化物/碳基复合材料的制备方法并比较了各种制备方法的优缺点;讨论了铁锰氧化物/碳基复合材料除砷效果以及其吸附机理;分析了铁锰氧化物/碳基复合材料的再生性能并指出其在实际应用中尚存在的问题,最后展望了该材料处理水体中砷的发展方向。     

MXene材料用于放射性元素及重金属离子去除的研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)是2011年发现的一类结构新颖、性质独特的层状纳米材料,目前已被广泛应用于能源存储以及环境治理等领域. MXene材料拥有较大的比表面积、丰富的活性吸附位点、良好的亲水性以及可控的层间距,并且这类纯无机材料表现出优异的抗辐照性能以及良好的导热性能,因此是容纳放射性元素与重金属离子的理想载体.本文归纳总结了近年来MXene材料的可控制备及其对放射性元素和重金属离子的去除研究进展,对相关的实验技术手段、吸附行为与相互作用机理进行了系统梳理,此外还对该领域的发展趋势进行了展望.     

铁基纳米材料功能化及对水中汞离子的去除

在水体重金属污染中,汞污染问题日益严峻,已成为全球性环境问题之一。近年来,纳米FeS_x、Fe₃O₄、Fe等铁基材料凭借优越的吸附性能以及比表面积优势,受到研究者的广泛关注。对铁基纳米材料进行稳定化、官能团改性之后可以增强纳米粒子的分散度,为汞离子提供更多的吸附点位,进一步加强对水中汞离子的去除效果。本文重点阐述了纳米FeS_x的稳定化、Fe₃O₄等铁基材料的巯基化（-SH）、氨基化（-NH₂）等功能化改性方法及对Hg的去除;总结了功能化铁基纳米材料对水中Hg的去除效果和影响因素;探究了功能化铁基纳米材料去除水中汞的机理;最后展望了铁基功能化纳米材料处理水体汞离子的发展方向。     

农林废弃生物质吸附材料在水污染治理中的应用

环境污染问题已经成为人类社会可持续发展的巨大挑战之一,化工、冶炼及核燃料循环过程等排放的废水中含大量重金属离子、有机物及放射性核素等,若未经处理即排放会给环境带来了极大的危害。吸附法的效率高、操作简单、低成本且无副产物、可循环利用及无二次污染等优点使其成为废水处理的重要方法之一。由于农林废弃生物质成本低、来源丰富、绿色环保且可再生,以其为原料制备的吸附材料被广泛研究。本文主要针对以农林废弃生物质为原料制备的生物炭、纤维素及木质素为研究对象, 综述了生物炭的制备及改性方法、天然纤维素及木质素的改性方法及其在水污染治理中的应用现状。从原材料、制备工艺、改性方法等方面总结分析了吸附材料的性能对水中污染物吸附的影响,提出了生物质基吸附材料在水污染治理应用中所存在的问题,并展望了未来的发展方向。     

炭材料对铀的吸附

铀既是核燃料的主要成分又是乏燃料后处理的关键核素。将铀从乏燃料后处理流程中的高放射性料液或者其他含铀废水中分离出来既可以将此宝贵的核燃料回收使用,又有利于降低乏燃料处理后期的处置费用,以及减少铀对环境的污染。而从海水、盐湖水、尾矿废水等贫铀水体中提取铀则可能是解决将来铀资源匮乏的主要方法。炭质材料具有较大的比表面积、较高的孔隙率,耐高温,抗辐射,对各种酸碱环境有很高稳定性,而且本身无毒,环境友好,有望作为吸附剂或固相萃取材料用于从水体中吸附分离铀。本文介绍了活性炭、介孔炭、碳纳米管等材料对铀的吸附研究进展。表面功能化可以提高炭材料对铀酰离子的吸附容量与选择性,对炭材料功能化的方法主要有表面氧化、浸渍、负载和接枝等手段。由于化学稳定性高,采用化学方法在炭材料表面接枝功能分子是具有应用前景的研究方向。采用碳纤维作电极,电吸附铀的方法可以大量地从水溶液中将铀吸附到电极表面,再通过电脱附回收铀,具有工业化应用前景。     

功能化磁性纳米材料在样品前处理中的应用研究进展

随着分析化学所面临的样品性质的复杂程度越来越高,被检测物质的浓度要求越来越低,在色谱及质谱分析前进行准确、高效的样品前处理过程就显得尤为重要。磁性固相萃取法由于其合成方法简单、易于分离、萃取效率高等优点,被认为是一种高效的样品预处理方法。Fe₃O₄磁性纳米材料由于分离速度快,分散性、生物相容性好等特点,近年来被广泛用于分离分析等各个领域。为了提高Fe₃O₄磁性纳米材料的物理和化学的稳定性,使其具备更高效的吸附分离能力,需要对其进行功能化的修饰。本文综述了近年来由碳基纳米材料、分子印迹聚合物、离子液体、硼酸亲和配体、金属有机骨架、共价有机骨架、量子点、金属氧化物等功能化磁性纳米材料的制备及其在生物、环境污染物、食品样品等样品前处理中的应用,并对这一领域发展进行了展望。     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

煤矸石制备环境功能材料的研究进展

煤矸石是当今全球排放量最大的大宗固废之一。根据煤矸石的结构特征及元素组成,将其制备成相应的高附加值环境功能材料。该类功能材料在水污染治理、大气污染治理和土壤修复等领域均表现出优异性能。从分类、改性方法、特性及应用情况等维度对基于煤矸石基环境功能材料进行介绍,并针对其制备和应用中的不足提出了改进思路,并强调注重绿色合成、高效回收,防止二次污染。     

载铁复合环境材料的制备及对水体中砷的深度净化

铁及水合氧化铁可通过配位作用实现对砷的高效吸附分离,但因其颗粒板细,难以直接应用于水体砷污染控制中.将铁及水合氧化铁负载于多孔材料内表面制备载铁复合环境材料是解决这一问题的有效途径.目前国内外在载铁复合环境材料的制备与表征、吸附及再生性能、除砷机理、材料稳定性等方面进行了广泛的研究,部分材料已实现工业化生产与应用.本文简要综述了国内外常见载铁复合环境材料的制备方法及其除砷性能.     

污泥碳基催化材料的合成及在水环境中的应用

污泥是城市污水处理厂的副产物,是一种典型的固体废弃物,具有污染与资源的双重属性。以污泥作为原材料制备碳基催化材料并用于水环境催化是一种新型的污泥减量化和资源化利用方式。由于污泥是生物质有机质和多种无机氧化物、金属离子的混合物,因此以其制备的碳基催化剂或载体材料具有原料易得、活性位点分散、表面化学官能团易于调控、比表面积高等特点,并被广泛地用于多相Fenton催化、电催化、光催化、湿式氧化和臭氧氧化等水环境催化领域。本文将阐述污泥碳基催化剂材料的制备和改性方法,通过材料物理、化学性质与催化作用的构效关系并结合其在水环境催化领域的应用特点,说明碳基催化剂参与水中污染物吸附、电子转移和有机物降解的作用机制,同时对提高污泥基材料的稳定性、可重复利用性和催化活性提出新的展望。     

有机合成新型碳基纳米材料研究取得新进展

正近期,中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究团队联合复旦大学、北京大学的科研人员利用光化学和有机化学的合成手段,在精确构建新型碳基纳米材料研究中取得新进展。相关研究成果已发表于国际化学期刊《美国化学会志》。大规模精确制备碳基纳米材料一直是材料合成领域的重要科学问题,这为发挥有机化学在合成复杂含碳分子方面的优势提供了创新机遇。     

新型吸附材料分离和富集贵金属的研究进展

每年有大量含贵金属的废水和电子垃圾被排放到大自然,对自然环境、人类健康造成严重威胁。贵金属具有独特的物理、化学性质,作为一类重要的资源,被广泛应用于各领域,但数量相对有限的贵金属与人类绝对增长的需求量相比造成了贵金属资源的稀缺。从二次资源中高效回收贵金属既保护环境,又使贵金属资源循环利用,是一项具有重要意义的研究内容。吸附法是分离富集贵金属的有效途径之一,吸附材料是吸附法的核心,致力于开发吸附容量大、吸附速率快、选择性高、稳定性好和绿色环保的吸附材料以解决实际问题,目前已涌现出各类新型吸附材料。综述了近3年以来吸附材料在分离和富集贵金属领域的研究进展,总结了5类吸附剂,包括碳基纳米材料、聚合物基质材料、骨架材料、无机纳米材料和生物质基材料,并在此基础上提出当前分离富集贵金属领域面临的主要挑战,展望未来发展趋势。     

石油沥青基碳材料在电化学储能中的应用

石油沥青是石油加工过程中产生的最难处理的副产品之一,对其进行经济、高效的定向转化是具有重要市场价值和重大战略意义的研究.石油沥青的结构和组成复杂,本文从石油沥青氢碳比低且富含多环芳烃的特点出发,针对电化学储能应用领域,重点综述和展望了石油沥青基纳米碳材料的制备、改性及其在二次电池和超级电容器电极材料方面的应用研究进展,为石油沥青的高附加值利用提供技术方法和研究思路.     

金属硫化物纳米吸附剂

近年来纳米材料受到越来越多的关注,由于其纳米尺寸效应,纳米材料在环境修复、医药、生物工程等各个领域都有广泛的应用。纳米材料具有大的比表面积、高表面结合能等优异特性,这使其在重金属吸附领域的应用受到极大的关注。金属硫化物纳米材料属于其中一类,其作为吸附剂具有吸附速度快、吸附容量高、吸附产物稳定等优良特性,对水体和土壤基质中的重金属离子、放射性元素和有机物等表现出良好的吸附性能,具有潜在的研究和应用价值。本文综述了国内外几类金属硫化物纳米材料在吸附领域的研究进展,包括Zn S、铁硫化物、Mo S2、Cu S和其他金属硫化物及其相关复合材料,并对其未来的发展方向进行了展望。