表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO_2(101)面吸附NH_3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属(B、C、N、F)掺杂的TiO_2(101)表面吸附NH_3的特性与作用机理.研究发现:被非金属掺杂后的表面对NH_3的吸附效果要优于未掺杂表面.不同元素掺杂对比发现:C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构.通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH_3在TiO_2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂(X)位原子与NH_3分子的相互作用强弱不同所造成.掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH_3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定.     

杀线威在Fe_3O_4/Ag纳米磁粒上的吸附及表面增强拉曼光谱研究

采用共沉淀法合成了Fe_3O_4磁性纳米颗粒,进一步以柠檬酸三钠还原法制备出了具有SERS活性的Fe_3O_4/Ag磁性包覆修饰材料,用紫外可见吸收光谱、能谱及透射电镜对结构与形貌进行表征,发现所制备的Fe_3O_4/Ag纳米材料粒径约为30~60nm,形貌规整接近球形,经测试Fe_3O_4/Ag材料很容易被磁铁收集,能够满足分散萃取再收集的需要。根据密度泛函理论(DFT)对杀线威(Oxamyl)、Oxamyl-Ag和OxamylAg4进行了理论结构优化计算,得到了杀线威的理论拉曼光谱和与Ag表面增强拉曼光谱及其谱峰的归属,结合表面增强拉曼光谱(SERS)测定,研究了杀线威在Fe_3O_4/Ag表面的吸附行为和增强效应,测算得到杀线威在Fe_3O_4/Ag表面上的增强因子为2.08×105。研究表明:理论计算的杀线威拉曼光谱与测定的拉曼光谱具有较好的一致性,DFT理论计算中发现研究分子与活性Ag原子作用越多,与实测值常规拉曼NRS越接近;杀线威以双键侧N原子和S原子与Fe_3O_4/Ag表面吸附作用为主;双键侧N优先与Ag吸附成键后,整个分子靠近Ag表面,最终使得双键侧N原子与S原子共同吸附在Ag表面;Fe_3O_4/Ag磁性纳米复合材料具有显著的富集吸附和拉曼增强作用;可利用其作为拉曼基底,以实现SERS光谱法对杀线威农残的快速分析检测。     

Cr,Ag共掺杂ZnS纳米材料的制备及其对活性染料的吸附性能

通过水热法制备了纤锌矿ZnS∶Cr,Ag共掺杂纳米材料,考察了不同反应时间以及不同Cr和Ag掺杂比例对ZnS纳米材料光学性能的影响。分别采用荧光分光光度计、红外光谱仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对Cr和Ag共掺杂ZnS纳米材料的光学性能和结构等进行了表征,探讨了ZnS∶Cr, Ag共掺杂纳米材料分别对甲基紫(MV)、丁基罗丹明B(BRB),四氯四溴荧光素(TCTBF)以及曙红B(EB)四种活性染料的吸附性能。结果表明,Cr3+和Ag+取代和嵌入到了Zn2+的位置,掺入到了ZnS的晶格中。由光学表征和扫描电镜(SEM)发现,掺杂后ZnS纳米材料的光学性能和形貌发生了改变。掺入Cr和Ag后,使得Zn纳米材料的荧光强度降低,且其形貌较规则,表面蓬松,呈绒球形状。当反应时间为12 h,Cr和Ag掺杂比例分别为1%时,掺杂ZnS纳米材料的形貌和光学性能最佳。运用N₂等温吸脱附分析技术计算了Cr和Ag共掺杂ZnS材料的比表面积和孔径分布,将其用于对MV,BRB,TCTBF以及EB四种活性染料的吸附研究,并分别从吸附时间、温度、pH值等因素考察了掺杂ZnS对几种活性染料吸附性能的影响,得出了Cr和Ag共掺杂ZnS材料在pH 7,室温下,分别经9,11,9和9 h吸附时间后对四种活性染料的吸附效果达到最佳。     

热剥离法制备石墨烯纳米片对Pb2+和Cd2+的吸附

石墨粉氧化后,在氮气气氛下,快速高温剥离制得石墨烯纳米片。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和氮气吸附-脱附等分析手段对石墨烯样品进行了表征。这些分析测试结果显示:石墨烯样品主要由很薄的1-4层石墨组成,呈褶皱状态,比表面积为628.5 m²·g^-1。研究了石墨烯吸附水溶液中的Pb²⁺和Cd²⁺的pH值、吸附时间、吸附温度和金属离子初始浓度等影响因素, Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为460.20和72.39 mg·g^-1。结果表明,热剥离法制得的高质量石墨烯纳米片可以作为一种高效的从水中去除Pb²⁺和Cd²⁺的吸附材料。     

鳞状BiOBr/Bi2WO6的合成及其吸附性能

采用一步水热法成功制备鳞状形貌的BiOBr/Bi₂WO₆复合物,通过X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、N2吸附/解吸附比表面测定仪（BET）、傅里叶变换红外（FT-IR）光谱等对复合物进行了表征。对比Bi₂WO₆与BiOBr的SEM照片,结合KBr的浓度实验,提出了BiOBr/Bi₂WO₆的鳞状形貌的形成机理。选取有机染料为吸附质,BiOBr/Bi₂WO₆为吸附剂进行了复合物吸附性能测试。结果表明,BiOBr/Bi₂WO₆对阳离子染料表现出优越的吸附性能,10 min对次甲基蓝（MB）的吸附率高达99%,优于常规的活性炭吸附剂。此外,BiOBr/Bi₂WO₆对有机染料的吸附行为符合准二级反应速率方程和Freundlich等温吸附模型。     

单层石墨相氮化碳负载Pt4团簇吸附O2的第一性理论研究

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt₄团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt₄团簇上的吸附行为。计算结果表明, Pt₄团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt₄团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt₄团簇吸附g-C₃N₄的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C₃N₄和金属吸附的g-C₃N₄上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt₄吸附3-s-三嗪环g-C₃N₄比Pt₄吸附三嗪环g-C₃N₄表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。     

介孔炭表面性质对吸附去除低浓度氨性能的影响

室内环境中低浓度氨污染普遍存在,影响人的身体健康,而消除这些低浓度的氨相对困难。本文报道了一种适用于低浓度氨吸附去除的介孔炭材料,其性能明显优于经硝酸处理的活性炭材料。该介孔炭采用磷酸铝为硬模板制备,炭表面存在大量含氧官能团,研究显示炭表面羧基和内酯基在吸附氨过程中发挥着重要作用,它们作为酸性中心与氨发生化学作用,可以有效地捕获空气中低浓度的氨污染物。     

In-Au(111)和Ir-Au(111)合金表面的性质及其对巴豆醛的吸附比较

采用密度泛函理论研究了M（M=In,Ir）原子修饰的M-Au（111）合金表面的稳定性,并选其最优模型探讨了合金表面的活性及其对巴豆醛的吸附。合金的几何构型、形成能和结合能等性质表明,In-Au（111）面的稳定性随In原子的间距增大而提高,Ir-Au（111）面的稳定性随Ir原子的间距增大而降低。对于巴豆醛在MAu（111）面上的吸附,当其通过C＝O吸附于合金表面的Top_M位时,吸附能最大,吸附构型最稳定。从巴豆醛的结构变化、态密度、差分电荷密度以及Mulliken电荷布居等分析可以看出,稳定吸附构型的巴豆醛分子形变较大,电荷转移明显。其中,位于-7.04 eV至费米能级处的p、d轨道杂化,对体系的吸附具有重要贡献。分析比较In-Au（111）面与Ir-Au（111）面,发现后者的配体效应更佳,不仅具有更高的稳定性和活性,而且对于巴豆醛具有更强的吸附力。此外,相比于改性前的Au（111）面,M原子的修饰明显提升了金属表面的稳定性及吸附能力。     

Trichloroacetic Acid Removal by a Reductive Spherical Cellulose Adsorbent

A novel spherical cellulose adsorbent with amide and sulphinate groups was used for a first reduction of trichloroacetic acid(TCAA) and a subsequent adsorption of generated species, haloacetic acids. The removal mechanism involved TCAA reduction by sulphinate groups and the adsorption of the haloacetic acids through electrostatic interaction with amide group. Investigation of product formation and subsequent disappearance reveals that the reduction reactions proceed via sequential hydrogenolysis, and transform to acetate ultimately. Adsorption of haloacetic acids was ascertained by low chloride mass balances(89.3%) and carbon mass balances(75.1%) in solution. The pseudo-first-order rate constant for TCAA degradation was (0.93±0.12) h^-1. Batch experiments were conducted to investigate the effect of pH value on the reduction and adsorption process. The results show that the reduction of TCAA by sulphinate groups requires higher pH values while the electrostatic attraction of haloacetic acids by amino group is favorable in more acidic media.     

Gas-assisted magnetic separation for the purification of proteins in batch systems

In this paper, gas-assisted magnetic separation (GAMS), a technique that combines magnetic separation with flotation, was investigated for the potential large-scale separation of proteins. The GAMS process includes adsorption of target proteins and magnetic separation to recover protein-loaded magnetic particles from the dilute biosuspension with the assistance of bubbles. Microsized ethylenediamine-functionalized poly(glycidyl methacrylate) superparamagnetic microspheres (MPMs) and bovine serum albumin (BSA) were used as a model system. The feasibility of GAMS for capturing BSA-loaded MPMs from an appropriate medium was shown. High recovery of BSA-loaded MPMs was obtained by simple adjustment of the initial solution pH without extra detergents and antifoaming agents. The GAMS conditions were consistent with the adsorption conditions, and no proteins were desorbed from the MPMs during this process. Under the optimal conditions, the separation rate and recovery percentage reached 410 mL/min and 98% in 0.61 min, respectively. Conformational changes of BSA during the GAMS process were investigated by fluorescence spectroscopy and circular dichroism spectrometry.