多相催化过硫酸盐工艺处理水环境中有机污染物的非自由基过程

20世纪80年代至今,水处理技术中的高级氧化过程(AOP)已被广泛研究及应用。然而水体中的有机污染物仍因种类繁多和降解难易不同困扰着研究者们,因此对于AOP的机理过程需要更深入的分析认识,以利于技术的进一步发展及应用。AOP中的过硫酸盐氧化工艺近年来得到大量关注,其自由基机理的关键活性物种是·OH 和·SO₄^-。非自由基机理分为¹O₂氧化和PS直接氧化(也称电子转移),某些体系中高价态金属也直接或间接地参与氧化过程。但非自由基过程的发生机理及优势特点仍存在争议。本文综述了基于多相催化过硫酸盐高级氧化过程处理水中有机污染物的最新研究,阐述反应机理及其分析手段,并指出当前研究可能存在的问题。对于过硫酸盐高级氧化工艺中非自由基过程的未来研究方向及应用前景提出展望。     

ErxYb1-x（TPB）3Bath（x=0，0.218，0.799，0.896，0.987，1）配合物的近红外发光性能

采用4,4,4-三氟-1-苯基-1,3-丁二酮（TPB）为第一配体,4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（Bath）为第二配体,分别制备了配合物 Er（TPB）₃Bath和Yb（TPB）₃Bath,以及它们的混合配合物Er_xYb_1-x（TPB）₃Bath（x=0.218,0.799,0.896,0.987）,并对所制得配合物的发光性能进行了系统研究。研究结果表明,所有配合物均能发射所含稀土离子的近红外特征光,并且可以通过调节混合配合物中的 n_Er/n_Yb来调控Yb³⁺/Er³⁺之间的能量传递,进而提高Er³⁺离子在1530 nm处的发光。     

锂离子电池LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F正极材料的电子结构

采用密度泛函理论平面波赝势的方法,计算了LiFeSO_4F和LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F正极材料的电子结构。计算结果表明:当锂嵌入材料后,S、O和F的原子布居变化较小,电子主要填充在过渡金属的3d轨道,导致过渡金属被还原,成为电化学反应的活性中心。在嵌锂态中,锂和氧(氟)之间形成了离子键,而过渡金属(Ti和Fe)与氧(氟)之间则形成了共价键,S-O键的共价性最强。态密度的计算结果则表明:Ti和Fe均保持高自旋排列结构;LiFeSO_4F的两个自旋通道的带隙分别为2.88和2.29 e V,其导电性很差;Ti掺杂使体系的带隙消失,显著地提高了正极材料的导电性;LiTi_(0.25)Fe_(0.75)SO_4F系统中Ti-O和Ti-F键均比纯相中的Fe-O和Fe-F键的共价性更强,因此Ti掺杂材料具有更好的结构稳定性。     

核酸适配体功能化的稀土上转换纳米材料在生物检测中的应用

稀土上转换纳米材料可以吸收近红外光并发射出可见光或紫外光,在生物传感领域得到了广泛研究。核酸适配体能高特异性和高亲和性地与靶标物结合,被广泛应用于生物传感、疾病诊断等领域。将稀土上转换纳米材料与核酸适配体结合构建的检测体系,可实现对目标物灵敏、高选择性的检测。本文介绍了近几年核酸适配体功能化的稀土上转换纳米材料在生物小分子、蛋白质、核酸、病原微生物、细胞等方面的应用,并展望了其在分析检测领域的发展前景。     

亚微米级Cu0/Fe3O4复合物多相催化过一硫酸盐降解有机污染物

过一硫酸盐催化活化技术因其可产生强氧化性活性氧化物种,可快速氧化降解并矿化有机污染物的优异性能而备受关注.本文成功制备了亚微米级Cu0/Fe3O4复合物,发现其能多相催化过一硫酸盐产生单线态氧降解有机污染物.首先,以CuCl2·2H2O,FeCl2·4H2O和FeCl3·6H2O为铜源和铁源,水合肼为还原剂,采用水热法在180oC反应24 h制备了亚微米级磁性Cu0/Fe3O4复合物.表征结果显示,所制材料为Cu0和Fe3O4的复合物,颗粒大小约为220 nm;单一相Cu0和Fe3O4晶体粒径分别为33.8和106.2 nm,而Cu0/Fe3O4复合物中Cu0和Fe3O4晶体粒径分别减为20.8和31.9 nm.这表明Cu0和Fe3O4复合降低了Cu0和Fe3O4晶体粒径,有利于Cu0和Fe3O4的分散.BET测试结果表明,Cu0/Fe3O4复合物比表面积为4.6 m2/g,与Cu0颗粒的(4.2 m2/g)相当,但远小于Fe3O4的(15.6 m2/g).制备的Cu0/Fe3O4复合物可有效催化过一硫酸盐产生单线态氧降解罗丹明B、亚甲基蓝、金橙II、苯酚和对氯酚.当Cu0/Fe3O4复合物的用量为0.1 g/L,过一硫酸盐浓度为0.5 mmol/L和初始pH为7时,Cu0/Fe3O4复合物可在30 min内完全降解20μmol/L的罗丹明B、亚甲基蓝、金橙II以及0.1 mmol/L的苯酚和对氯酚.对比试验显示,在相同条件下,Cu0和Fe3O4颗粒分别可以降解28%和20%的罗丹明B.这表明Cu0/Fe3O4复合物中的Cu0和Fe3O4晶体在催化过一硫酸盐降解污染物的反应中具有协同作用,这主要来源于Cu0/Fe3O4复合物中Cu0和Fe3O4的晶体粒径变小和更好的分散.采用分光光度法测定了降解反应液中铜和铁离子的溶出量.当Cu0/Fe3O4复合物的用量为0.1 g/L,过一硫酸盐浓度为0.5 mmol/L和初始pH为7时,反应60 min后,降解液中铜和铁离子的浓度分别为0.22和0.1 mg/L,仅占复合物中总铜和总铁量的1.1%和0.2%,表明Cu0/Fe3O4复合物具有较强的化学稳定性.所制Cu0/Fe3O4复合物具有超顺磁性,借助磁场实现快速分离回收,可循环利用五次,表明其优越的催化稳定性.通过加入乙醇和叠氮化钠,考察了Cu0/Fe3O4复合物催化活化过一硫酸盐体系中的活性氧化物种.发现100 mmol/L乙醇的加入对污染物的降解无明显影响,而加入同等量的叠氮化钠可完全抑制污染物的降解,表明Cu0/Fe3O4复合物催化活化过一硫酸盐产生的主要活性氧物种为单线态氧.采用电子顺磁共振谱进一步证实了单线态氧的生成.基于以上研究,Cu0/Fe3O4复合物催化活化过一硫酸盐的机理为Cu0/Fe3O4作为一个电子媒介加速过一硫酸盐和污染物之间的电子转移,从而导致污染物被快速降解.该反应机理不同于常见的金属催化过一硫酸盐产生硫酸根和羟自由基的反应机理.我们推测,电导性优良的Cu0在此催化反应中起着关键性作用.本催化方法可作为一种绿色的氧化技术用于环境污染物的氧化降解处理.     

基于稀土离子介导石墨烯量子点荧光开关的凝血酶生物传感器

稀土离子(Er3+)可与荧光石墨烯量子点(GQDs)表面的含氧基团发生配位,在Er3+介导下形成高配位数的GQDs/Er3+配合物,引起GQDs聚集而使其荧光减弱.凝血酶(Tb)中的氮和氧等原子可与Er3+发生配位作用,从而与GQDs竞争结合Er3+,减弱了GQDs与Er3+的作用而使其荧光恢复.通过检测GQDs的荧光即可实现对Tb活性的高灵敏分析,构建了基于Er3+介导GQDs荧光开关的Tb传感方法,采用透射电镜、原子力显微镜、红外吸收光谱以及荧光光谱等对传感机理进行了研究.本方法对Tb的检出限低至0.049 nmol/L,其它蛋白质对Tb检测无明显干扰,实际样品中Tb加标回收率为98.0%~105.3%,相对标准偏差为0.6%~4.2%.     

水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱及稀土配合物的合成、表征与抑菌活性

以水杨醛和对氨基水杨酸反应制得水杨醛缩对氨基水杨酸席夫碱,并以此席夫碱为配体与水合醋酸稀土盐反应,合成了新的稀土配合物.通过元素分析、摩尔电导、IR、1H-NMR等测试技术对其结构进行了表征:配体与稀土离子按照2∶1进行配位,中心金属离子的配位数为6,组成为[C_(28)H_(20)N_2O_8RE]·2H_2O,其中RE=(La,Ce,Pr,Gd,Dy,Er).抑菌实验初步表明,合成的席夫碱及其配合物对实验选用的细菌有不同程度的抑制活性,而且稀土配合物的抑菌活性更突出.     

稀土安全评价:集成算法改进与实证

稀土作为我国战略性矿产资源,其安全问题一直是政府和学术界关注与研究的重要课题.建立了稀土安全的概念框架与评价体系,针对传统AHP中九标度法的不足,基于熵值法、加速遗传算法及扩充标度值的层次分析法,提出了一种改进的层次分析法(EV-AGA-EAHP),通过集成模糊C-均值聚类算法和模糊综合评价法,研究提出了一种模糊综合集成评价方法(EV-AGA-EAHP-FCM-FIJ),给出了集成算法及步骤,对2001-2013年我国稀土安全水平进行了评价,提出了保障我国稀土安全的建议.     

Ni-N-C单原子催化剂活化过硫酸盐降解苯酚

采用煅烧法制备了以木质素生物炭为载体的单原子催化剂(Ni-N-C-10), 用于高效活化过硫酸盐(PMS)降解苯酚. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 经球差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(AC-HAADF-STEM)、 X射线粉末衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等对材料进行了表征分析, 证明合成了原子分散的催化剂Ni-N-C-10. 探究了制备过程中双氰胺的投加量和降解实验中催化剂投加量、 PMS投加量、 pH值以及温度对苯酚降解的影响. 结果表明, 在催化剂制备过程中, 加入10倍质量比的双氰胺更有利于实现原子分散. Ni-N-C-10/PMS体系在较低的催化剂和PMS投加量、 以及较宽的pH值范围(3~9)内都能有效活化PMS降解苯酚. 此外, 该体系的稳定性好且应用范围广, 除了能高效降解苯酚外还能快速降解双酚A、 四环素和亚甲基蓝. 电子顺磁共振检测和自由基淬灭实验结果表明, Ni-N-C-10/PMS体系降解苯酚为SO₄^?-、 ·OH和¹O₂ 3种主要活性物种共同作用的结果, 其中¹O₂起主导作用. 反应前后Ni-N-C-10催化剂的XPS分析结果表明, 催化降解苯酚的效率与Ni位点呈正相关.     

稀土催化的开环聚合研究进展

稀土催化剂在开环聚合中表现出极高的催化活性,本文总结了近十年来稀土催化剂在内酯、交酯、环醚、环碳酸酯、环羧酸酐等单体开环聚合中的应用,结合催化剂结构与聚合效果总结了稀土催化剂在聚合过程可控和聚合物结构控制方面的独特优势,并介绍了稀土催化的新型开环聚合方法.