超分子大环化合物用于染料吸附的研究进展

染料在许多工业领域中的长期广泛使用,带来了严重的环境水污染问题,威胁人类健康,因此有效地从水中去除染料是亟待解决的问题。吸附由于具有高效、简单和低成本的优点而成为降低水中染料含量最有吸引力的技术之一。吸附剂的选择对染料的高效吸附至关重要。具有大环空腔的超分子大环化合物作为主体分子对很多客体分子都具有较强的吸附作用,其作为染料吸附剂得到了极其广泛的关注。该文综述了基于大环化合物的吸附剂的制备及用于水体中染料去除的研究,对各种吸附剂的吸附性能进行了讨论,并对基于大环化合物的染料吸附剂的未来发展提出展望。     

双网络凝胶吸附剂的构建及其去除水中污染物的应用

近年来,随着工业的迅速发展,水污染危机是世界面临的主要威胁之一,开发新型环境功能材料和技术,实现水体污染物的高效去除是目前研究热点。双网络水凝胶(Double Network hydrogels)是具有三维网络结构的高分子聚合物,其机械性能优越,具备较高的强度,可以承受高水平的拉伸和压缩变形。低溶胀率使水凝胶可以容纳大量水并保持稳定的形态和网络结构。此外,由于其独特的交联方式,它还具有快速的自修复性能和显著的抗疲劳性能。具备众多优点的双网络水凝胶是一种有着巨大潜力的吸附材料,在水处理领域引起广泛关注。本文综述了双网络凝胶吸附剂的物化特性及其分类,以及近年来双网络凝胶吸附剂去除水体中重金属、抗生素和染料等污染物的应用进展。通过该综述,为双网络凝胶吸附剂的深入开发以及在水质净化中的工程应用提供新思路、新方法和新技术。     

石墨烯/有机物复合吸附剂的设计及其在水处理中的应用

当今,资源和能源极度紧缺,改良传统吸附剂,开发高效、低成本、高性能的复合吸附剂成为一大研究课题。石墨烯/有机物复合吸附剂结合了无机材料石墨烯和有机材料的优势,在水处理吸附领域有着广阔的应用前景。目前有关石墨烯/有机物复合吸附剂的设计思路、合成方法及其在水处理中的应用缺少相关的综述。因此,本文对近些年在石墨烯/有机物复合吸附剂的制备及其应用等方面取得的进展进行了综述,探讨和分析了不同类型石墨烯/有机物复合吸附剂的性能以及存在的问题,对其发展方向进行了展望,为后续开展石墨烯/有机物复合吸附剂的相关研究及应用提供了参考。     

石墨烯基铁氧化物磁性材料的制备及在水处理中的吸附性能

石墨烯及其衍生物氧化石墨烯均有良好的物理和化学性质,其巨大的表面积和丰富的官能团使其成为良好的吸附材料。石墨烯基磁性材料则综合了石墨烯的吸附能力和磁性材料易分离的特性,是水处理过程中具有巨大应用潜力的吸附材料。本文在论述了石墨烯、氧化石墨烯及铁氧化物磁性材料对水体中的重金属离子、有机染料及含苯环的芳香类污染物的吸附富集性能的基础上,重点介绍了石墨烯基铁氧化物磁性材料的不同合成方法及复合材料在水处理中去除污染物的能力,探讨了复合材料在水处理中的应用前景。     

Fe3O4-GO-PSC磁性复合材料对水体重金属Pb2+的吸附研究

致力于探究绿色环保的水体重金属污染处理方法,本文以生物废弃材料花生壳作为原料,添加了具有丰富官能团和较大表面积的氧化石墨烯,利用共沉淀法制备出了一种新型的Fe₃O₄-GO-PSC磁性复合材料。采用X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜及比表面分析仪等辅助分析技术,对Fe₃O₄-GO-PSC的结构进行了表征。探究了不同条件下复合材料对Pb²⁺的吸附效果并初探了其吸附机理。实验发现：当pH=5,反应时间为30 min、温度为40℃以及Pb²⁺浓度为40 mg/L时去除效果最佳,吸附率达到97.56%。水体共存离子的种类和浓度均会对Pb²⁺的吸附造成不同程度的影响。吸附动力学与准二级动力学方程拟合一致,吸附热力学与Langmuir吸附模型一致,最大吸附量为140.25 mg/g。该研究所开发的Fe₃O₄-GO-PSC吸附剂对Pb²⁺的去除能力明显优于商业AC吸附剂...     

石墨烯基气凝胶小球的可控制备

石墨烯气凝胶是由二维石墨烯片层组装成的三维宏观材料,因其孔隙率高、比表面积大和密度低等特点在水体污染物的吸附去除方面具有广阔的应用前景,已成为当今的研究热点。然而相关研究大多集中在块体石墨烯气凝胶,对于气凝胶小球的研究较少。本文结合相关领域的最新研究进展,综述了石墨烯基气凝胶小球的制备方法,包括静电喷雾、静电纺丝、微流控和湿纺等方法;以湿纺法为代表,分析了气凝胶小球的成型影响因素,如GO分散体的浓度和黏度、挤出参数、凝固浴的种类和浓度等;并进一步分析了可用于调节材料孔径的因素,例如通过控制GO浓度、GO片层尺寸、冷冻处理的温度等可实现在一定范围内材料孔径的调整。针对废水中处理对象的不同,设计吸附性能、循环使用性能优异及微观形貌可控的石墨烯基气凝胶小球并寻求制备方法的优化与创新仍是未来探索的重点。     

改性高分子除氟吸附材料的研究进展

饮用水中氟离子超标对人体造成严重危害。吸附法是目前氟污染水体处理方法中较经济理想的分离技术,开发经济、高效、易再生的新型吸附材料是目前水体除氟重点研究的方向。其中,高分子吸附材料是最受研究者关注的除氟吸附剂种类之一。结合近年来的研究工作,本文综述了导电高分子类、生物高分子类以及树脂类高分子吸附剂的合成和改性方法,及不同改性高分子对水中氟离子的吸附性能和除氟机理,并对今后高分子类除氟吸附材料的发展提出展望。     

氮、磷、硫共掺杂石墨烯材料对环境中铀酰去除机理的理论模拟研究

随着核能的发展,放射性废水的处理成为亟待解决的环境问题之一,是人们广泛关注的焦点.放射性核素铀具有强化学毒性及放射性,从放射性废液中去除铀元素在环境保护方面具有重要的意义.近年来,石墨烯基材料由于其优良的性能被广泛应用于放射性废水的处理中.本文从理论角度构建了12种N、P、S掺杂石墨烯模型,模拟环境中铀酰离子与掺杂石墨烯材料的相互作用,探讨其相互作用的内在机理.基于密度泛函理论,对不同吸附位点(U或铀酰轴向氧原子O_(ax))的24种掺杂石墨烯/铀酰吸附体系进行了几何构型、吸附能、差分电荷密度、振动频率等方面的理论计算和相关分析,探讨了两者的相互作用机制,研究发现:(1)铀酰在N、P、S掺杂石墨烯表面吸附时主要的作用位点为其轴向氧原子(O_(ax));(2)同时,在吸附过程中,铀酰中的配位水分子发挥很重要的作用;(3) PS共掺杂石墨烯对铀酰的吸附性能最好,最大的吸附能为38.40 kcal/mol;(4)双元素掺杂石墨烯对铀酰的吸附能力明显高于单元素掺杂石墨烯.本文的研究为新型放射性废水处理材料的设计开拓了新的视野,提供了一定的理论依据.     

吸附—光催化联用去除室内挥发性有机物*

多孔吸附剂吸附和纳米TiO₂光催化是目前室内挥发性有机物（VOCs）去除所采用的主要手段。但存在吸附剂容量有限、饱和失效、TiO₂光催化剂活性低、失活和负载困难等问题。多孔吸附剂与纳米TiO₂联用,通过TiO₂光催化作用可实现吸附剂的原位再生,增加吸附剂的吸附容量;通过多孔吸附剂的吸附作用可为TiO₂光催化提供高浓度污染环境,提高催化剂活性,抑制催化剂失活,消除水蒸气分子对TiO₂表面活性吸附位的竞争吸附,解决催化剂分离难题;从而实现对室内VOCs污染的高效深度净化。本文对近年来多孔吸附剂与纳米TiO₂光催化联用去除室内VOCs进行了综合评述。介绍了吸附—光催化联用去除室内VOCs的多孔吸附剂类型,吸附/光催化复合材料的制备方法及常用反应器,分析了吸附—光催化联用去除室内VOCs过程中水蒸气、催化剂失活对光催化的影响等问题。     

硼吸附材料及其性能

硼酸作为一种重要的化学品,广泛应用于工业生产及高尖端技术领域。由于在其生产和应用过程中产生大量含硼废水,从水溶液中回收或脱除硼对资源的重复利用、降低环境污染等都有重要意义。吸附法提硼具有深度脱硼、杂质去除彻底、吸附剂可循环利用和工艺简单等优势,是一种高效脱硼方法,其核心问题在于设计与制备硼吸附容量大、机械强度高且易再生的吸附材料。本文综述了近年来国内外硼吸附材料的类型及其吸附性能,按照吸附功能团的结构将硼吸附材料进行划分,着重介绍了目前应用最广的葡甲胺类吸附剂和最具发展前景的含双酚羟基功能团的吸附剂的研究与应用情况,同时介绍了新型有机-无机杂化硼吸附材料,并指出了今后硼吸附材料的发展趋势,为盐湖卤水提硼、淡化海水脱硼和废水除硼等应用开发中硼吸附材料的选择提供重要参考。     

Recent advancements in graphene adsorbents for wastewater treatment: Current status and challenges

From emerging pollutants to emerged threat, researchers are continuously looking for promising technologies for wastewater treatment. Adsorption has been identified as the most convenient approach for treating wastewater at low-cost and with high-efficiency. Recently, graphene and its derivatives have gained heightened attention as novel adsorbents because of their unique molecular structure and outstanding physicochemical properties. Heavy metals, dyes, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and other pollutants, which are widely concerned recently, all show different adsorption behaviors. Numerous functional groups, resonating and delocalized π-electron system of graphene derivatives lead to the formation of various adsorptive interactions i.e., π-π interactions, electrostatic interactions, H-bonding, etc. with these venomous pollutants, and quarantine them in solution. The pristine form of graphene subsidiaries tends to exhibit low sorption efficiency due to high propensity of agglomeration, lack of selectivity, hydrophobicity and difficulty in phase separation after treatment. Therefore, designing of efficient graphene composites through the surface modification with numerous functional groups, polymers or nanoparticles is an ongoing challenge. Complex graphene composites are increasingly reported, but the fate of pollutants and adsorption mechanisms are still far to be fully clarified. This review summarizes the recent progresses in the application of graphene-based adsorbents for eliminating a wide range of organic and inorganic pollutants from wastewater. A critical explanation is provided on the synthesis of graphene adsorbents, systematic adsorption and desorption mechanisms along with their pollutant removal performances under different experimental conditions. A brief perspective on upcoming research needs and challenges involved in the designing of high-quality graphene-based adsorbents are highlighted.     

Facile Synthesis of Fe-based MOFs(Fe-BTC) as Efficient Adsorbent for Water Purifications

Fe-based metal-organic frameworks(Fe-BTC) were successfully synthesized in a large scale by using a simple one-pot method at room temperature. To understand its composition, texture and morphology, the as-synthesized material was analyzed systematically. Moreover, based on the adsorption property for anionic organic dyes(methyl orange, Congo red), cationic organic dves(methylene blue, rhodamine B) and heavy metal ions(Pb^2+) in aqueous solutions, it was revealed that the obtained Fe-BTC showed excellent capacities and adsorption rates tor different adsorbates. Besides the general adsorption eftect derived from the numerous pores and large specific surface area, the electrostatic forces and Л-Л interactions between benzene rings are believed to play significant roles in the large uptakes of this Fe-BTC sample. And the existence of mesopores in Fe-BTC might accelerate the adsorption.     

石墨烯应用于样品前处理的研究进展

样品前处理技术在样品分析中发挥着越来越重要的作用,而对分析物的富集能力和对样品基体的净化程度主要取决于高效的样品前处理材料,所以发展高性能的样品前处理材料一直是该领域的前沿研究方向。近年来,各类先进材料已经被引入样品前处理领域,发展了多种高性能的萃取材料。由于独特的物理化学性质,石墨烯已在各个研究领域获得广泛关注,在样品前处理领域也发挥着重要作用。基于高的比表面积、大的π电子结构、优异的吸附性能、丰富的官能团和易于化学改性等优点,石墨烯和氧化石墨烯基萃取材料被成功应用于各种样品的前处理,对不同领域中多种类型分析物表现出优异的萃取性能。该论文总结和讨论了近3年来石墨烯材料(石墨烯、氧化石墨烯及其功能化材料)在柱固相萃取、分散固相萃取、磁性固相萃取、搅拌棒萃取、纤维固相微萃取和管内固相微萃取等方面的研究进展。基于多种萃取机理如π-π、静电、疏水、亲水、氢键等相互作用,石墨烯萃取材料能够高效萃取和选择性富集不同类别的目标分析物,如重金属离子、多环芳烃、塑化剂、雌激素、药物分子、农药残留、兽药残留等。基于新型石墨烯萃取材料的各种样品前处理技术与多种检测技术如色谱、质谱、原子吸收光谱等联用,广泛应用于环境监测、食品安全和生化分析等领域。最后,总结了石墨烯在样品前处理领域中存在的问题,并展望了未来的发展趋势。     

Adsorption of graphene for the removal of inorganic pollutants in water purification: a review

Graphene has aroused widespread attention as a new type of adsorbents due to its outstanding ability for the removal of various pollutants from aqueous solutions. This review summarizes the application of graphene-based nanomaterials as an advanced adsorbent for the removal of inorganic pollutants including anionic and cationic type. The adsorption properties, mechanisms, isotherms, kinetics, thermodynamics and regeneration of adsorbents are all summarized, and the further research trends on graphene-based nanomaterials in the removal of pollutants are also given.     

大尺寸石墨烯量子点组装体的制备及电化学发光性能

对氧化石墨烯纳米材料进行HNO₃氧化处理, 制备了水溶性好且具有强电化学发光(ECL)活性的大尺寸石墨烯量子点组装体(Large-sized graphene quantum dot assemblies, LSGQD-NAs). 利用透射电子显微镜(TEM)、 原子力显微镜(AFM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)等方法对其进行了表征, 结果表明, 石墨烯量子点组装体的平均高度为20 nm, 且富含大量的羟基和羧基. 电化学测试结果显示, 在共反应物K₂S₂O₈存在下, LSGQD-NAs在阴极产生很强的ECL(峰值约在685 nm); 并推测了其ECL反应机理, 发现LSGQD-NAs容易通过中心未氧化的石墨烯π-π作用于GC电极表面进行组装修饰. 本研究为基于石墨烯量子点ECL传感器的研究提供了新方法.     

不同分子量木质素磺酸钠对多壁碳纳米管分散性能的影响

研究了不同分子量级分的木质素磺酸钠(SLS)在多壁碳纳米管(MWCNTs)上的吸附特征及其对分散性能的影响.不同级分的SLS及其对MWCNTs的分散性能通过凝胶渗透色谱(GPC),紫外-可见(UV-Vis)光谱、元素分析、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、zeta电位、扫描电子显微镜(SEM)来表征.结果表明,分子量较大的SLS级分中芳香环含量较高,其与MWCNTs之间的π-π作用更强,在MWCNTs上的吸附量大,表现出最佳的分散性能,所分散的MWCNTs的电阻率最小,导电性能较佳.     

埃洛石纳米管稳定的Pickering高内相乳液模板制备大孔聚合泡沫吸附分离三氟氯氰菊酯

利用天然粘土埃洛石纳米管和少量非离子表面活性剂吐温80为乳化剂构建了水包油（O/W）型Pickering高内相乳液（HIPEs）,并以其为模板制备了大孔聚合泡沫（MPFs）。MPFs具有开口的大孔结构、丰富的内部交联孔道和亲水的表面,且在水中呈悬浮状态,这些特点均有利于吸附水体系中的菊酯类农药。结合静态吸附实验研究了MPFs吸附三氟氯氰菊酯的平衡与动力学行为。结果表明,准一级动力学方程与Langmuir等温方程分别较好地拟合了吸附动力学与平衡数据（相关性系数（R²）>0.99）,证明了吸附过程是一个单分子层的化学吸附过程。298 K时MPFs对三氟氯氰菊酯的吸附平衡时间和饱和吸附容量分别为240 min和23.98 μmol·g^-1,且吸附容量随着温度与三氟氯氰菊酯初始浓度的升高而逐渐增大。研究证明了水中呈悬浮状态的MPFs是理想和稳定的吸附剂,可有效去除水溶液中疏水性有机污染物。     

Removal of Anionic Dyes from Aqueous Solution with Layered Cationic Aluminum Oxyhydroxide

It is highly desired yet challenged to find an adsorbent with low cost and excellent performance in the removal of organic dyes from aqueous solution. Here we reported that a layered cationic aluminum oxyhydroxide material hydrothermally synthesized from the low-cost source materials of AlCl₃∙6H₂O, CaO and H₂O, known as JU-111, can meet such criterion in removing methyl orange(MO) and Congo red(CR). JU-111 shows fast adsorption kinetics[especially for CR(15 s)] and high adsorption capacity(MO:>1000 mg/g; CR:>2900 mg/g), surpassing most of the reported adsorbents. Comprehensive characterizations of the adsorption process of MO and CR revealed that both adsorptions were achieved via the anion exchange process. The characteristics of extremely low cost and excellent performance render JU-111 great potential in the practical applications in the removal of anionic dyes.     

确定分子中离域π键πnm的方法

A method for obtaining the delocalized π bonds π_n^m in a molecule has been discussed in this paper, and the delocalized π bonds π_n^m in linear, bent, planar trigonal, single cyclic conjugated, and polycyclic conjugated molecules have been studied. The reasons of π₃⁴ in NO₂ and 2π₃² in C₃ molecules have been proposed. The delocalized π bonds 2π₁₈¹⁸ in cyclo[18] carbon are analyzed.     

g-CN体系的准粒子能带结构和光学特性

利用多体格林函数理论,本文研究了二维CN体系(包括triazine和tri-s-triazine)的激发态特性。通过GW方法,我们计算了准粒子的能量。考虑电子-空穴相互作用,通过求解Bethe-Salpeter方程,我们获得了激发态能量和光谱。我们发现,在这两种CN体系的价带中,σ轨道和π轨道之间的交换作用非常强烈。由于占据的σ轨道和π轨道之间的准粒子修正量非常不同,因此,为了得到准确的带隙值和光谱,我们需要对这两种轨道开展精确的GW计算。与单层的CN体系相比,双层结构中层与层之间的范德华相互作用使带隙值降低了0.6 eV,而光吸收谱红移了0.2 eV,这是由于双层结构具有更小的激子束缚能。我们计算的吸收峰的位置与实验结果符合很好。实验中的吸收峰主要是由深能级的π轨道到π^*轨道的跃迁形成的。π→π^*跃迁和σ→π^*跃迁之间的耦合能够在长波长范围产生弱的吸收尾巴,如果调整入射光的极化方向,由σ→π^*跃迁产生的高强度的吸收峰将会在更低能量处出现。