还原氧化石墨烯高效吸附双酚F的机理研究

本研究关注了还原氧化石墨烯(RGO)对内分泌干扰物双酚F(BPF)的高效吸附机理。与同类碳基吸附剂材料GP和GO相比,RGO显示出作为一种高效吸附剂用于去除废水中BPF的巨大潜力。Freundlich模型能够较好地拟合BPF在RGO表面的吸附等温线,这说明BPF在RGO表面可能发生了多层吸附。热力学研究结果表明,BPF在RGO表面吸附是一个自发的吸热过程。溶液pH值从2.0增加到11.0,RGO对BPF的吸附最开始缓慢增加,pH值超过BPF的pKa1后,吸附容量增加到最大值。BPF发生二次解离后,由于静电排斥作用较强,导致其与RGO的结合作用减弱,从而使吸附效率急剧减小。RGO高效吸附BPF的主要机理为π-π相互作用、疏水作用和静电辅助氢键作用,由于溶液pH值不同,导致各种作用的强弱不同,从而使RGO的吸附能力也存在显著差异。本研究为RGO这类石墨烯碳基吸附剂用于去除水环境中具有可解离性的内分泌干扰物提供了理论依据。     

气体工业名词术语

吸附(Adsorption)气体分子碰撞固体表面，失去一定的动能而被滞留在固体表面的现象叫吸附。吸附作用因吸附分子(或称吸附质)和固体(或称吸附剂)的相互作用力的性质而区分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附的特点是：气体分子可以吸附凝结在固体表面任何位置上，与吸附剂之间的作用力是分子之间相互作用的内聚力(或称范德瓦耳力)或凝聚力。这种力比较弱，因而分子吸附时放出的热量比较小。吸附剂的选择依据是吸附物质的极性、沸点、分子直径、吸附剂孔径、吸附温度等多项因素。在特种气体提纯工艺中，利用固体吸附作用可将气体中的杂质除到10^-6～10^-8数量级。化学吸附的特点是：分子多半解离成原子或原子基吸附于固体表面上。     

丙烯酸酯类树脂吸附芳香有机化合物的研究进展

近年来，关于丙烯酸酯类树脂吸附芳香有机化合物的研究受到越来越多的关注，研究表明，它们在非极性溶剂中的吸附主要表现为氢键作用力，这种作用力受吸附质分子的功能基团类型、位置和空间构型等因素的影响。而在极性溶剂水溶液中，它们之间的作用力则更加复杂，吸附质分子的亲水和疏水部分与吸附剂的骨架和功能基团之间的作用力都对吸附过程有着重要的贡献。文章还对今后的研究方向作了展望。     

改性介孔无机凝胶的制备及其在溶液中的吸附机理

未改性的介孔无机凝胶虽然具有较大的孔径,原则上可以吸附较大的分子或离子,但由于吸附剂的表面性质简单,与吸附质之间的作用力弱,因而吸附容量低,选择性不理想.采用表面修饰或杂化的方法在介孔凝胶中引入各种官能团或改变介孔凝胶的表面电荷之后,吸附剂的表面性质得到了很大的改善,吸附剂可以靠静电作用、离子交换、疏水作用、氢键、络合作用、基于分子阀门的开关效应和基于分子印迹的分子识别等机制对吸附质进行选择吸附.     

Cu(110)晶面催化还原CO2制备甲酸机理的第一性原理研究

铜基催化剂是一种高效还原CO₂为甲酸的绿色催化剂,明确不同晶面的还原机理对催化剂的设计及开发具有重要指导意义,但Cu(110)晶面的催化机理尚不明确。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Cu(110)表面的还原机理进行了研究,系统研究了不同中间产物的吸附相关性质并探讨了相关的吸附机理。吸附能结果表明,CO₂在Cu(110)表面无法发生化学吸附,而~*COOH、~*HCOO、HCOOH分子和H原子的最稳定吸附位点分别为长桥位点、短桥位点、顶位点和HCP位点。布居数结果表明,~*HCOO和HCOOH分子在吸附过程中与Cu(110)表面的Cu原子形成离子键,H原子和Cu原子之间存在氢键作用,~*COOH分子中的C和Cu原子形成共价键。此外,电子态密度结果表明~*HCOO基团和Cu原子之间形成O—Cu键,~*COOH基团中的C和Cu原子形成C—Cu键,HCOOH分子中的O和Cu原子形成O—Cu键。相比于~*COOH/Cu(110)体系,~*HCOO/Cu(110)吸附体系的电荷密度、电荷转移量和成键能力均较强,说明CO₂在Cu...     

基于动态可逆非共价体系的自愈合水凝胶构建方法研究进展

材料的完整性是保证其呈现应有性能的前提,任何破损或缺陷都可能导致材料性能不能满足使用需求。在众多材料中,用作药物缓释载体、组织工程支架和功能器件涂层的水凝胶因其特殊的应用环境而对自我修复性能需求迫切。自愈合水凝胶在受到外界破坏后能自我修复以维持初始性能,保证了使用过程中材料的安全性和可靠性。因此,具有自愈合性能的新型功能材料是目前重要的研究方向。基于高分子链之间相互作用力形成的自愈合水凝胶分为两类:(1)通过动态共价键形成的水凝胶,包括双硫键、Diels-Alder环加成反应、亚胺键/席夫碱作用等;(2)通过范德华力或氢键等非共价键作用,即物理交联形成的水凝胶,包括氢键作用、主体-客体之间力的作用、聚阴阳离子间的相互作用、金属配体的相互作用、疏水缔合等。由于共价键的稳定性,大多数共价键交联所形成的水凝胶稳定存在并表现出良好的力学性能。然而,这些水凝胶存在对外界刺激反应性低、制造之后不能被重塑、受到破坏之后不能自我修复等局限性,因此发展基于动态共价键或物理交联的自愈合水凝胶已成趋势。自愈合水凝胶不仅具有水凝胶独特的溶胀性能、极高的含水量、良好的生物组织相似性,而且具有自我修复断层的能力,可用于组织工程、伤口敷料、药物缓释、生物传感等生物医学研究领域,可有效延长材料的使用寿命,具有极好的应用前景。本文介绍了近年来基于动态可逆非共价体系构建自愈合水凝胶的研究进展,按照不同的愈合机理对自愈合水凝胶进行分类,分别讨论了基于氢键、可逆金属配位作用、疏水缔合以及多种作用力相结合等作用机理构建自愈合水凝胶的方法和应用进展,分析了基于动态可逆非共价构建自愈合水凝胶可能面临的问题,并对其发展前景进行了展望,以期指导此类水凝胶的设计、制备与应用。     

具有纳米孔结构硅质吸附剂的制备及对染料木素的选择性吸附

为了将染料木素从其粗溶液中精确分离出来,制备了一种纳米结构硅质吸附剂．它根据分子识别技术,以染料木素为模板剂,氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体,正硅酸乙酯为偶联剂,其中功能单体可以与染料木素的酚羟基发生反应．吸附剂经过BET法、红外分析（FT-IR）和透射电镜（TEM）表征,以及静态吸附实验、选择性实验和洗脱实验．结果表明,此吸附剂有高的比表面积,对染料木素有专一的选择性,能在极性溶剂中识别模板分子;有大量的与模板分子相匹配的纳米孔分布在吸附剂表面,并且有新的化学键形成．由此可以看出,通过模板分子与功能单体强烈的电荷和氢键作用,吸附剂能够专一键合染料木素,而纳米孔则大大提高了吸附能力．     

十六烷基和3-氨丙基双改性的SBA-15材料对壬基酚的吸附性能研究

采用十六烷基三甲氧基硅烷和3-氨丙基三甲氧基硅烷作为改性剂对SBA-15分子筛进行表面改性,制备出双官能化吸附剂十六烷基/3-氨丙基-SBA-15。用XRD、FT-IR、N2吸附/脱附、元素分析等手段对所制备材料进行结构表征,结果表明官能化后的SBA-15仍保留长程有序的六方介孔结构,十六烷基和3-氨丙基基团均成功负载到SBA-15表面。以壬基酚作为目标污染物,考察了所制备材料的吸附性能。研究结果表明,十六烷基/3-氨丙基-SBA-15的吸附容量高于十六烷基-SBA-15、3-氨丙基-SBA-15和未改性的SBA-15,这归因于双官能化吸附剂表面的十六烷基与壬基酚之间的疏水化作用力和3-氨丙基与壬基酚之间的氢键、离子键作用力的协同作用。     

基于蒙脱土去除工业废水中六价铬的动力学要素

该文利用蒙脱土层间结构的特殊性,从天然吸附、酸碱环境及动态吸附3个方面入手,研究其在工业废水当中对六价铬离子的去除效果,结果表明:蒙脱土粉末作为天然吸附剂对工业废水中的六价铬离子具有优异的吸附能力,在当前工业生产的污水处理环节可以起到不可或缺的作用,同时其储量丰富、造价低也在同类吸附剂当中具有较大的优势。     

生物炭中溶解性炭黑的释放及环境效应

生物炭是一种价廉高效的吸附剂,可以通过农业废弃物或者其他固体生物质在低温下热解制得。由于生物炭具有多孔结构、较大的比表面积和阳离子交换容量、丰富的活性官能团等性质,可以吸附多种污染物,在固定重金属以及土壤中的碳循环、碳固定、土壤改良中起到了重要作用。生物炭的组分较为复杂,包括溶解性有机质、溶解性炭黑(Dissolved black carbon,DBC)、无机矿物等。其中,DBC在生物炭中的含量较高,且其含有羧基、酚羟基等多种官能团,可以和污染物发生强相互作用,但DBC的性质对污染物的吸附、迁移转化等行为产生的影响尚有待深入研究。此外,DBC作为一种相对独立的胶体颗粒,除含有大量的含氧官能团外,还具有高度芳香化、脂肪化的结构。因此,DBC进入土壤后可以与无机矿物颗粒发生相互作用,形成的有机-无机复合体能使其在土壤中稳定下来,也可能对土壤团聚体的形成有重要促进作用,但目前这些过程还未引起研究者的关注。与常规溶解性有机质相比,DBC较高的稠环度特征对无机矿物吸附特征可能会产生较大影响。因此,本综述探索了DBC的性质、无机矿物种类和性质对DBC与无机矿物颗粒之间相互作用的影响,以及DBC在无机矿物上吸附后对土壤特性的调控。DBC作为生物炭中具有高度芳香化结构的组分,在环境中的含量可能影响污染物的吸附、迁移等环境行为。DBC所含的极性官能团-OH、-COOH易与污染物发生相互作用。而由于不同类型污染物的化学性质存在较大差异,需充分理解DBC与污染物的相互作用机理,才能准确描述污染物和DBC的环境行为及风险。因此,系统理解DBC与污染物的相互作用及其对污染物迁移行为的影响有助于更好地预测土壤中污染物的环境行为和评估生物炭用于固定污染物的潜在应用。生物炭上有很多表面官能团,如羟基、醌、氢醌、羰基和羧基等,这些活性基团使其在氧化还原反应中成为重要的电子来源,从而影响其在土壤中的生物化学循环过程。DBC作为生物炭的重要组分,含有的羟基、羧基、羰基等官能团使其具有氧化还原活性、光反应活性等,因此研究DBC的反应活性对理解其物理化学性质及其与污染物的相互作用有重要意义。本文归纳了生物炭中DBC的性质、DBC与无机矿物的相互作用、DBC在无机矿物上吸附后对土壤特性的影响,并总结了DBC与污染物的相互作用、DBC的反应活性对其性质的影响等内容,以期为生物炭在土壤中的大规模应用奠定理论基础。     

氧化石墨烯吸附水体中酚类有机污染物的分子动力学模拟

研究采用分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation, MD)的方法, 以苯酚、α-萘酚和4-辛基酚为代表, 研究了酚类有机污染物(Phenolic Organic Pollutants, POPs)在氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)上单独和竞争吸附过程。通过自由能计算得到三种POPs在GO表面的吸附能分别为: 4-辛基酚(41.34 kJ/mol)>α-萘酚(33.23 kJ/mol)>苯酚(19.31 kJ/mol)。吸附过程中的主要作用力为POPs的疏水作用, 而分子团簇、范德华相互作用、静电相互作用以及氢键等在一定程度上增加了GO对POPs的吸附能力。在混合体系中, POPs之间存在明显的竞争吸附现象, 吸附过程包含了直接吸附和形成分子团簇的间接性吸附两个过程。本研究结果为含POPs水体的治理以及GO材料的设计和筛选提供了一定的理论依据。     

金属-有机框架材料对废水中污染物的吸附研究进展

可用的清洁水资源缩减已成为全球面临的重要危机.引起该危机的主要原因是各种污染物因生产、生活或事故排入水体导致水体污染.因此,解决水资源危机的关键在于对污水处理和再生.多种污水处理和再生方法应运而生,其中吸附法因处理效率高、操作简便、成本低而被广泛应用到污水处理中.吸附法的关键在于吸附剂的选择和应用.应用于水处理的传统吸附剂,如活性炭、沸石、天然粘土、活性氧化铝等,在面对复杂水体环境和各种性质迥异的污染物时已不能符合水污染处理的更高标准.因此,新型吸附剂的开发与应用成为吸附领域研究热点.金属有机框架(Metal-organic frame,MOF)材料,一类金属离子或金属簇与有机配体之间自组装配位形成的化合物,具有高比表面积、高孔隙率和可控的孔结构,已成为吸附领域冉冉升起的新星.目前MOF材料作为水处理吸附剂的研究主要集中在:(1)各种MOF材料对不同污染物的吸附性能研究,以揭示相关吸附规律;(2)MOF材料自身功能化或MOF复合材料的制备,以改善自身稳定性,提高其吸附性能或实现选择性吸附;(3)MOF衍生碳吸附材料的研究,以应对恶劣水体环境或极端水处理条件.本文对单一MOF材料、功能化MOF材料、MOF衍生碳材料吸附去除水体中有机染料、其他有机污染物、重金属离子的相关研究进行了综述.概述了多种MOF材料对不同污染物的吸附性能,总结了针对吸附应用的多种MOF功能化方式及其吸附效果的改进,归纳了多种MOF衍生碳材料作为吸附剂在水处理中的应用,指出了目前MOF吸附材料在水处理中存在的主要问题,并提出了解决这些问题的思路.     

蔗渣基吸附剂在污水处理中的应用及研究进展

为了去除环境中特别是水中污染物，十分需要高效、低成本，且不会对环境产生二次污染的方法。蔗渣基吸附剂用于水中污染物的去除，不仅实现了蔗渣的二次利用，也可以有效去除水中污染物。蔗渣基吸附剂的改性方式是实现污染物去除的关键。旨在综述蔗渣基吸附剂去除水中污染物的研究进展，并对蔗渣基吸附剂今后的研究进行了展望。     

纳滤去除水中布洛芬的研究

分别从污染物的纳滤过程、溶液性质以及预接触时间等因素探讨纳滤膜去除环境微污染物布洛芬(IBU)的性能.结果表明,随着pH的增大布洛芬水溶液在纳滤过程中的通量也随之增大,布洛芬的离子化程度逐渐增大,其与膜面负电荷的互斥作用也增强,布洛芬溶液的纳滤过程持续保持较高的截留性能;加入天然有机物(NOM)后,布洛芬溶液膜通量明显降低,截留率值增大,膜面对IBU的吸附量降低;预接触时间的增大,对IBU的纳滤过程起始通量影响较大,膜面对IBU的累积吸附量变化并不大.     

第一性原理计算Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体的半金属铁磁性

采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势法,对不同离子浓度配比的Fe掺杂LiMgP新型稀磁半导体进行结构优化,计算并分析了体系的电子结构、半金属铁磁性、重叠电荷布局及体心离子附近各离子的电参数。结果表明Fe掺杂LiMgP能够得到性能优良的半金属铁磁体,具有大的半金属能隙及可控的电磁性质,有望成为一种极具应用潜力的自旋电子学器件材料。纯LiMgP体系中化学键为极化的共价键,Fe的掺入形成了比Mg-P更强的Fe-P共价键,表现出优异的半金属铁磁性且具有大的半金属能隙0.500 eV,Fe离子与Li、Mg、P3种离子之间的相互作用使得它们的轨道电子数减少。Li过量时,形成能最低,结构最稳定,带隙值较单掺Fe时明显减小,而体系的半金属性明显减弱,填隙的Li原子使得轨道之间的相互作用减弱,Fe-P键的重叠电荷布局和体系净磁矩的值最小。Li不足时体系变为金属铁磁性,体系中离子的轨道电子数最少,参与轨道杂化的电子数最多,Fe和P原子之间的电子云分布最密集且共用电子对偏移程度最小,Fe-P键重叠电荷布局达到最大值0.78,键长达到最小值,体系净磁矩最大。     

本征型自修复高分子材料的研究进展

本文首先回顾了外援型自修复与本征型自修复两种自修复高分子材料的研究现状,并分析了两种自修复方式的优缺点。然后,重点介绍了可逆共价键型自修复材料和可逆非共价键型自修复材料两种本征型自修复高分子材料的自修复机理及其最新研究进展。可逆共价键型自修复主要通过可逆C-NO键、Diels-Alder反应、可逆酰腙键、可逆双硫键这四种修复机理来达到自修复目的。可逆非共价键型自修复主要依靠氢键作用、疏水作用、金属配体相互作用、离子相互作用和大分子扩散作用这五种修复机理进行自修复。本文对这九种修复机理进行了阐述,并对近年来国内外最新的研究成果进行了较为具体的分析。最后,指出了目前本征型自修复高分子材料研究存在的一些问题,并对自修复高分子材料的未来进行了展望。     

基于原子力显微镜研究表面活性剂对带电荷的膜表面抗油性能的影响（英文）

通过在水中加入少量的表面活性剂,可以明显改变油滴表面的状态.油水分离膜的抗油性对过滤实验中的分离效率和薄膜使用寿命有着重要的影响.原子力显微镜(AFM)常用于探索界面的相互作用.本文用一个被油滴(正十六烷)修饰的探针作为力传感器,检测油滴和表面带电荷薄膜在液相环境下两者之间的黏附力.在含有低浓度的阳离子表面活性剂的溶液中,油滴和纳滤膜(膜表面带负电荷)之间的黏附性增强,从在纯水中的91.04 nN增加到152.33 nN.与此相反,低浓度的阴离子表面活性剂导致较低的黏附性,从在纯水中的5.10 nN减小到3.13nN.且测得的受力行为与接触角测量的实验观测值较吻合.然而,在上述两者情况下,离子型活性剂的高比例会引发较低的相互作用.此外,本文也讨论了非离子活性剂对油滴和两种表面带电荷薄膜之间的黏附性的影响.结果表明,在含有非离子型活性剂的溶液中,无论膜表面上所带电荷为正或为负,两者间的相互作用都将被削弱.     

三维石墨烯材料的制备及在水处理中的应用研究进展

随着经济的快速发展,越来越多的污染物质进入水体,污染环境,危害人体健康,污染废水亟待净化处理。在众多污水处理方法中,吸附法因经济、高效而被广泛使用。相较于传统吸附剂,石墨烯材料作为一种新型碳材料,具有比表面积大、化学稳定性好、含氧官能团丰富、可修饰性强等优点,对水体中的污染物具有较强的吸附能力。但二维石墨烯材料因片薄、粒径细小,在吸附污染物后较难实现固液分离,从而产生二次污染。将二维石墨烯组装成三维多孔网状聚集体,不仅能有效阻止石墨烯结构层的堆积,促进污染物的扩散吸附,还有利于吸附污染物后的固液分离。因此,在水污染处理领域,三维石墨烯吸附材料逐渐成为研究的焦点。三维石墨烯材料是以(氧化)石墨烯为主体交联形成的多孔网状宏观体新材料,继承了本征石墨烯良好的理化性能。其多孔网状纳米结构赋予自身较高的孔隙率和较快的溶质传输速度等特性,使其在水污染处理中具有良好应用前景。利用不同的化学物质,采取不同的制备方法对石墨烯材料进行接枝改性、掺杂复合等,可促进石墨烯三维宏观结构和微观孔隙结构的形成。综合国内外研究成果发现,三维石墨烯主要通过静电相互作用、π-π堆叠作用、疏水作用、氢键作用和络合作用等与污染物质结合,实现污染物的去除。对于阳离子污染物质,增加三维石墨烯材料表面的活性基团及吸附位点,可有效提高其对阳离子物质的吸附容量,优化其耐酸碱性,并提高吸附质的脱附率。而疏水亲油的三维石墨烯材料是去除油类污染物质的理想吸附材料,提高其孔隙率、比表面积和机械强度可大幅提高吸附材料的吸附性能,增强其弹性强度及热稳定性可显著提高其循坏再生性能。基于水环境污染治理的迫切需求以及三维石墨烯材料优异的吸附性能,本文从水污染治理角度出发,系统总结了水热自组装法、溶剂热自组装法、化学气相沉积法、有机高分子模板法和冰模板法等制备三维石墨烯材料的机理,综述了三维石墨烯材料在含染料、油污等有机污染物以及重金属离子废水中的吸附应用,并对其研究前景和发展趋势进行了展望。     

基于动态化学键构建自愈合高分子水凝胶

高分子水凝胶是一种具有三维网络结构的软材料,能够吸收并保持大量的水分。高分子水凝胶具有良好的生物相容性和力学性能,在生物医学和生物工程领域具有重要的应用价值。自愈合水凝胶是一种能够响应外界刺激并修复自身损伤的智能凝胶。相比传统水凝胶,自愈合水凝胶具有修复损伤的特性,近年来受到科学界的广泛关注。基于动态化学的自愈合水凝胶是一种能够通过动态的共价键或非共价键交联而重新形成三维网络结构从而修复损伤的新型自愈合水凝胶,该水凝胶能够快速多次地修复自身损伤,有良好的环境适应性,为开发多功能智能新材料奠定了基础。本文综述了近年来基于动态化学键构建自愈合水凝胶的研究进展,重点阐述了基于氢键相互作用、金属配位相互作用、主-客体相互作用、离子相互作用、亲疏水相互作用、亚胺键/酰腙键、硼酸酯键和二硫键的自愈合水凝胶的最新研究情况,同时提出了自愈合水凝胶的一些问题,并分析了未来的发展方向。     

碳纳米管的吸附性能及对水中污染物的吸附:综述

碳纳米管是一种新型吸附剂,其对各种无机和有机污染物均表现出优异的吸附能力,因而引起了广泛关注。本文综述了碳纳米管的性质及其从水溶液中吸附各种有机和无机污染物的有关性质,介绍了碳纳米管作为吸附剂对水溶液中的各种污染物的预富集和固定化方面的应用,并展望了碳纳米管在吸附去除污染物领域的下一步研究趋势和动向。