生物炭去除水中四环素的研究进展

随着抗生素药物(如四环素)的大量使用,近几年抗生素的环境行为和毒性已经成为人们的研究焦点和热点.我国的地表水、地下水、市政污水、养殖废水等不同水体中都检测到了四环素等抗生素药物,引发的水生态问题受到了众多学者的广泛关注.生物炭因具有制备来源广泛且易得廉价、比表面积大、孔隙发达、官能团种类较多等优点被学者们重点关注,已有众多文献报道发现不同种生物炭对四环素的吸附具有优越的性能.本文综述了近年来不同生物质制备的生物炭对四环素的吸附影响以及不同水化条件对四环素对生物炭吸附特征的影响,并阐述了生物炭吸附四环素过程中所涉及的机理.对进一步探究生物炭对四环素吸附的影响具有一定的指导意义.     

富Mn鸢尾生物炭的制备及在类Fenton体系中的应用

通过在N₂气氛围下热裂解富集Mn的鸢尾可得到Mn/生物炭(BC)材料, 并按植物叶(Leaf)和根部(Root)分别将其分别命名为BC-L0, BC-L1, BC-L2, BC-R0, BC-R1和BC-R2. 采用扫描电子显微镜(SEM)、 能谱分析(EDS)仪、 X射线衍射(XRD)仪、 X射线光电子能谱(XPS)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 原子吸收光谱(AAS)和比表面积分析(BET)仪等对Mn/生物炭材料的Mn含量、 化学组成与形貌进行了表征, 发现鸢尾叶部为Mn主要富集部位, 最大富集量为13.0 mg/g, 且Mn以Mn₂O₃薄片存在于生物炭表面. 利用Mn/生物炭与H₂O₂构建了类Fenton体系, 在中性条件下BC-L2-H₂O₂体系对有机污染物罗丹明B(RhB, 3×10 ^-5 mol/L)的降解率达到50%(180 min), 表明该体系具备氧化去除RhB的能力, 并推测了该体系对RhB的催化氧化机理. 结果表明, 先将Mn超富集植物转化为Mn/生物炭材料, 再通过添加H₂O₂能构建具有氧化能力的类Fenton体系, 可用于对有机污染物的降解, 实现“以废治废”的绿色循环思路, 为Mn富集的植物后续处理提供一种新的转化及应用方式.     

炭材料负载金属催化剂催化硅氢加成反应进展

炭材料具有比表面积大、孔径可调、取材广泛等优点,以其为载体负载金属活性组分制备硅氢加成催化剂极具发展前景.我们详细总结了近20年不同炭材料如活性炭、石墨与石墨烯、碳纳米管、富勒烯、卡宾等在硅氢加成反应中负载金属催化剂的制备方法、催化性能以及可能的催化机理,并对有望应用到该反应的新型炭材料载体进行了对比与展望.认为未来硅氢加成炭负载型催化剂的研究可聚焦于(1)探寻新型双金属活性组分以进一步提高催化活性;(2)研发更具优势的金属配体,明晰配体与载体、配体与金属之间的相互作用关系以提高催化选择性与稳定性;(3)结合科学可靠的催化机理研究,以期研发出更符合可持续发展要求的炭负载型硅氢加成金属催化剂,可使硅氢加成反应基本实现原子经济性.     

可控碳改性Pd/TiO2用于直接合成双氧水:非均相界面对催化性能的影响（英文）

双氧水(H2O2)是一种重要的绿色氧化剂,广泛应用于纺织、医疗、废水处理、军事等重要领域.目前, H2O2的工业生产以蒽醌法为主,该法设备投资大、运行成本高,同时工艺涉及大量的有机溶液,活性中间体蒽醌也会发生缓慢降解,产生有毒副产物.与蒽醌法相比,通过负载型贵金属催化剂催化H2与O2反应直接合成H2O2,过程绿色环保且生产工艺简单,引起了各界广泛关注.然而,从热力学上分析, H2和O2更容易反应生成H2O, H2O2只是该反应的中间产物,会继续发生加氢和直接分解反应生成H2O,导致H2和O2的低效利用,开发高H2O2选择性且高反应效率的催化剂已成为氢氧直接合成H2O2研究的重点与难点.目前大部分研究策略旨在通过调控或影响反应中心结构、价态来抑制H2O2的副反应,进而提升H2O2的选择性和反应效率;尽管已取得了良好的进展,但仍需发展新的调控策略来满足工业应用的要求.本课题组前期研究表明,促使H2O2从催化剂上脱附可以有效地提升H2O2的选择性和产率.相比于针对反应中心的调控,不稳定的H2O2从催化剂上快速脱附同样起到抑制H2O2参与副反应的作用.为此,本文提出一种炭量可控的非均一界面改性方法,以常规的Pd/TiO2作为研究对象,借助各种结构表征,发现炭物种在TiO2表面呈非均一分散状态,而且改性对于催化剂的几何结构影响较小;另外,催化剂表面的疏水性会随着碳含量的增加而增加,导致其与H2O2间的吸附能相应变小.反应结果显示,表面非均一的炭化改性技术可以显著提升Pd/TiO2催化剂的H2O2选择性和产率.通过构效关系分析,可知这种改性技术可以保持Pd颗粒与TiO2间相互作用的同时,还可以促进H2O2的快速脱附,进而提升改性Pd/TiO2催化剂的H2O2直接合成效率.该改性方法简单、易控,可拓展应用到其他类型催化剂的H2O2直接合成性能调控与改进.     

热重分析技术及其在高分子表征中的应用

热重分析技术(TGA)是在程序控制温度和设定气氛下表征材料受热过程中的质量随温度或时间变化的高精度研究工具,具有重复性好、灵敏度高和热过程控制精准等优点.近年来,TGA技术在高分子材料领域得到了广泛应用,促进了高分子材料热稳定性、组成分析以及热分解机理等材料细观热响应特性的深入研究.本文分别从热重分析基本原理、仪器校准...     

木糖-软模板水热法制备硼掺杂分级多孔炭球及其电化学性能

以D-木糖为炭源,月桂酸钠为模板剂,硼酸为掺杂剂,通过水热炭化方法制得硼掺杂分级多孔炭球（BPC_S）。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、N₂吸附-脱附测试、X射线光电子能谱（XPS）、顺磁共振波谱（EPR）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线粉末衍射（XRD）、热重（TG）分析对样品进行表征。结果表明：月桂酸钠作为介孔造孔剂的同时,通过与D-木糖间的氢键作用使有机-有机自组装过程自发进行并形成窄尺寸分布（2~5 μm）规整炭球;硼酸在水热中催化炭源脱水降解,并以BC₃、BCO₂和BC₂O的形式掺杂在炭球上,掺硼后炭球与水表面接触角降低,润湿性提高。经CO₂活化、月桂酸钠高温分解以及胶质炭球的堆积分别产生微孔（0.5~1.2 nm）、介孔（3.14~35.00 nm）和大孔（60~146 nm）并形成分级结构。当硼酸加入量为0.927 5 g时多孔炭球（BPC_S-1）的电化学性能最佳,在6 mol·L^-1 KOH三电极体系中电流密度为0.5 A·g^-1时,比电容达287.12 F·g^-1;两电极体系中电流密度为0.5 A·g^-1时比电容达151.34 F·g^-1,能量密度达5.3 Wh·kg^-1;电流密度为5 A·g^-1时进行1 000次充放电循环,电容保持率仍达96.43%。     

金属-有机骨架衍生催化剂在二氧化碳加氢和费托合成反应中的应用

CO₂加氢和费托合成反应是C1化学中重要的研究领域,CO₂加氢制备高附加值化学品和燃料有助于降低大气中CO₂浓度,减轻化石燃料消耗的压力;费托合成反应是以非石油资源为原料生产液体燃料和化学品的重要路径。 开发新型、高效、稳定的催化剂是CO₂加氢和费托合成反应的关键点之一。 利用金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料的特点制备的MOFs衍生催化剂在CO₂加氢和费托合成反应中具有较好的应用前景。 本文综述了CO₂加氢和费托合成反应中MOFs衍生催化剂的制备方法,以及催化剂在各反应中的催化性能,并对目前所存在的问题以及今后的发展进行了总结和展望。     

不同生物质热解特性及气体产物释放规律研究

研究了竹屑、棉籽壳和棉秆三种生物质的热解特性及差异。采用热重质谱联用技术,对比并分析了三种生物质原料在热裂解中气体产物(CO、H_2、CH_4、CO)随温度变化的释放规律。结果表明:相比于棉籽壳和竹屑,棉秆的失重率最大约为84%。其次,由热解阶段的产物可知,虽然棉秆在热解时的气体离子流(CH_4和CO_2)释放强度高于棉秆和棉籽壳,但是对于生物质混合气体(H_2和CO)的离子流强度,竹屑的离子流强度高于棉秆和棉籽壳。最后,在热解性能方面,挥发分初始析出的温度和热解特性指数的大小排列结果一致,均为竹屑棉籽壳棉秆,其表观活化能分别48、52和66 kJ/mol,这与热重实验结果一致,在相同条件下竹屑的热解性能最好。     

改性炭黑-LaMnO3复合材料的制备及其共价复合效应对氧还原性能的影响

以VulcanXC-72炭黑为载体,通过对炭载体石墨化处理和表面化学修饰,将其与化学沉淀法制备的纳米级LaMnO₃颗粒共混,再经特定温度下煅烧,制备出改性炭黑-LaMnO₃复合材料.X射线光电子能谱和热重分析表明,当煅烧温度在300℃时,炭载体与LaMnO₃纳米颗粒之间形成了大量C-O-M（M=La,Mn）化学键.扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜分析发现,纯相LaMnO₃纳米颗粒主要呈现短棒、三支棒或竹节棒的形貌特征,炭载体则为具有完整石墨层的空心球结构,LaMnO₃均匀分散在炭载体上.在25℃,1mol/LNaOH溶液中的电化学测试结果表明,成分比（LaMnO₃：C）为2：3的复合材料具有很高的氧还原电催化活性,氧还原反应电子数为3.81,中间产物H₂O₂产率为9.5%,其活性接近商业Pt/C催化剂（E-TEK）.高的氧还原电催化活性主要归因于LaMnO₃纳米颗粒与炭载体之间形成了大量共价键.     

A hierarchical porous carbon membrane from polyacrylonitrile/polyvinylpyrrolidone blending membranes:Preparation,characterization and electrochemical capacitive performance

Novel hierarchical porous carbon membranes were fabricated through a simple carbonization procedure of well-defined blending polymer membrane precursors containing the source of carbon polyacrylonitrile （PAN） and an additive of polyvinylpyrrolidone （PVP）, which was prepared using phase inversion method. The as-fabricated materials were further used as the active electrode materials for supercapacitors. The effects of PVP concentration in the casting solution on structure feature and electrochemical capacitive performance of the as-prepared carbon membranes were also studied in detail. As the electrode material for supercapacitor, a high specific capacitance of 278.0 F/g could be attained at a current of 5 mA/cm2 and about 92.90% capacity retention could be maintained after 2000 charge/discharge cycles in 2 mol/L KOH solution with a PVP concentration of 0.3 wt% in the casting solution. The facile hierarchical pore structure preparation method and the good electrochemical capacitive performance make the prepared carbon membrane particularly promising for use in supercapacitor.