石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

石墨烯具有独特的结构、优异的性能,在诸多领域有广泛的应用.石墨烯层的原子均为表面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料.其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点.石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用.综述了石墨烯吸附材料的制备方法以及其在污水处理方面的应用.分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为,并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响,从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.     

Al,Si,P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了Al、Si和P掺杂对Ge在石墨烯上吸附的影响.Ge原子在完整石墨烯上吸附的最稳定位置为桥位,Ge的吸附改变了石墨烯中C原子的电子自旋性质;Al、Si和P掺杂石墨烯使衬底C原子发生了移动,且Si,P原子掺杂比Al掺杂石墨烯容易;杂质类型对Ge在石墨烯上的吸附位置有较大的影响,...     

Al掺杂对顺铂药物分子在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究纯石墨烯(PG)和Al掺杂修饰的石墨烯(AlG)对顺铂药物分子的吸附特性.结果表明:顺铂分子在PG上的吸附为物理吸附,在AlG上的吸附为化学吸附.在cis-Pt-PG复合结构中,顺铂与PG之间的电荷迁移很少;在cis-Pt-AlG复合结构中,Al掺杂增加了顺铂与基底之间的电荷转移,Pt-5d轨道和Al-3p轨道之间较强的轨道杂化是导致顺铂在AlG上吸附稳定性高的原因.由此可见,掺杂Al原子增强了顺铂分子与石墨烯基底之间的相互作用.本研究可为设计新型抗肿瘤药物载药材料提供理论参考.     

掺杂Pt/Pd石墨烯体系的气体吸附性

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算分析了Pt/Pd 2种过渡金属元素掺杂的石墨烯吸附O2和CO体系的原子和电子结构,对本征石墨烯和掺杂后石墨烯体系吸附气体的吸附能、电荷转移、能带结构和电子态密度进行分析对比.由掺杂前后的结果分析发现,本征石墨烯吸附气体时的吸附能与电荷转移都较小,Pt/Pd原子的掺杂使吸附体系的吸附能和电荷转移显著增大.由于基态Pt原子核外电子d轨道未满,费米能级附近电子态密度较高,而Pd原子核外电子d轨道全满,掺杂Pt原子的石墨烯体系吸附能、电荷转移都比掺杂Pd原子的石墨烯体系大,掺杂Pt原子改善石墨烯气敏性能.     

原子非简谐振动对石墨烯吸附系统电荷分布的影响

建立了石墨烯吸附原子系统的物理模型,考虑到原子的非简谐振动和电子-声子相互作用,计算了吸附原子与石墨烯原子的相互作用能,用统计物理理论和方法,得到在石墨烯上吸附原子的概率和金属原子电荷填充数随温度变化的解析表示式.以碱金属为例,探讨了电子-声子相互作用和原子非简谐振动对电荷填充数的影响.结果表明:石墨烯吸附系统的电荷填充数随吸附原子距离的增大而线性地减小,随温度的升高和电子-声子相互作用能的增大而非线性地增大;若不考虑非简谐振动,则电荷填充数与位置、温度等无关.温度愈高、电子-声子相互作用能愈小,非简谐效应愈显著.     

氢吸附对新型的类石墨烯BN结构电子性质的影响

采用半金属元素硼(B)和氮(N)替代石墨烯中的碳元素(C)位置,构建了一个类石墨烯的结构,然后让氢原子分别吸附在B和N正上方形成一类复合材料.通过第一性原理的电子结构计算给出了此类体系的能带图、态密度图以及电荷分布情况.发现H吸附位的不同对材料的物理性能影响很大,其中在B和N构建的类石墨烯结构中,B原子正上方的H吸附位复合材料为无能隙自旋半导体材料,H原子的吸附改变了各个原子轨道的贡献比,并且在母材料中引入了自旋极化,从而形成了一类自旋极化的磁性材料.     

单个砷原子在砷化镓富砷表面的迁移行为

采用分子动力学方法计算了单个砷原子在砷化镓(001)β2(2×4)富砷表面迁移的势能面,研究了砷原子在该表面上的迁移行为。结果表明,在该表面存在一部分低能量的吸附位和一条平行于砷二聚体的迁移路径。且在这条迁移路径中,砷原子迁移所需要跃过的势垒均小于0.6 eV.因此在常温情况下,砷原子有可能在这条迁移路径中聚合成团簇。     

石墨烯上吸附金原子团的电子结构性能研究

金属原子吸附于石墨烯上可以改善石墨烯的物理性能.本文采用第一性原理研究石墨烯上吸附不同数目,不同结构的金原子团.研究发现,比起单原子吸附,石墨烯表面更容易吸附多个金原子.线性型吸附结构的原子间相互作用大,吸附能比其他结构有所增加,电荷转移量大,体系更稳定.体系的磁性大小也与吸附结构相关,直线型吸附结构无磁性,且吸附结构越不对称,净磁矩越大.研究表明,吸附不同结构的Au原子团,可以改变石墨烯本身的能带结构,使其具有金属性或者半导体性的电子性能,具有广泛的应用领域.     

煤炭表面吸附甲烷的第一性原理研究

为了研究煤炭表面吸附甲烷的一般规律,从原子层面研究煤炭表面吸附甲烷分子的微观机理。先简化煤炭表面的分子模型,用Materials Studio软件建立煤体表面吸附甲烷的数值模型,用第一性原理方法的VASP软件计算了石墨烯在弛豫和非弛豫状态下吸附甲烷的电荷密度、吸附能等,同时计算了不同甲烷分子在石墨烯顶位和间隙位置的吸附能和态密度。计算结果表明:石墨烯吸附甲烷时,首选在C原子顶位吸附;吸附甲烷以后,石墨烯的导电性能消失,由导体变成了半导体或绝缘体;可以通过吸附以后的DOS图中能隙宽度预测吸附能的高低;随着吸附甲烷浓度的增大,体系吸附能逐渐降低,稳定性也降低。     

H2O分子在石墨烯扶手型边缘吸附的研究

类似石墨表面,石墨烯可以吸附和脱附各种原子和分子,石墨烯比石墨具有更大表面积,因此,石墨烯的表面性能被广泛关注. 然而较少被关注的是石墨烯边缘C原子的性能. 石墨烯边缘C原子由于存在未配对的电子,因此具有更强的反应活性. 本文采用了SelfConsistentCharge Density Functional Tight Binding(SCCDFTB)方法对H2O分子在石墨烯扶手型边缘的吸附现象进行了研究. 研究发现,石墨烯边缘的峰位C原子具有很好的吸附性,吸附能大约为-0.109~-0.768     

油酸钠直接浮选孔雀石的机理研究

研究了油酸钠直接浮选孔雀石的浮选行为及作用机理.采用浮选试验、Zeta电位测试、傅里叶红外光谱测试、溶液化学计算及热力学计算进行吸附机理分析.浮选试验表明:当捕收剂油酸钠用量为160 mg/L、pH值范围7~10时,孔雀石浮选回收率可以达到70%以上;当pH=9.5时,回收率为88.67%,达到最高;动电位及溶液化学表明:油酸钠在矿浆中的组分为C_(17)H_(33)COOH·C_(17)H_(33)COO~-,C_(17)H_(33)COO~-和(C_(17)H_(33)COO)_2~(2-),油酸钠在孔雀石表面主要发生了化学吸附;根据吉布斯自由能的计算和红外光谱测试分析表明:在合适的p H值范围,油酸钠与孔雀石表面的铜离子作用生成油酸铜盐沉淀,改变了孔雀石的表面性质使它表面疏水从而容易浮选回收.     

石膏基陶粒吸附石蜡复合储能材料制备及性能

采用常温相变储能石蜡作为复合相变材料的储能介质,以多孔陶粒作为吸附载体,再通过海藻酸钠反应包封陶粒,复合制成热稳定性能良好、便于在建筑结构上应用、成本低廉的颗粒型相变储能材料.将该种复合的相变储热材料加入到石膏中,能明显提高石膏板的储能密度,延长储能材料的储热时间,同时明显降低石膏的水化热峰值温度并延缓其出现时间,对石膏水化过程温度峰值的控制有良好效果.     

基于数据关联度的迁移策略研究

以电子政务云存储环境为背景,研究了已有迁移算法中用到的基本迁移因子,包括静态因素和动态因素.在计算迁移函数的M(d)值时引入数据关联度这一新的因子.得出新的数据迁移函数后,根据混合云的迁移算法设计出新的适合于电子政务云存储的迁移策略.新策略提高了数据的预计迁移值,降低大数据管理成本,对于准备采用云存储管理大数据的企业或相关部门有一定的参考价值.     

丁基钠黄药浮选斑铜矿的吸附热力学和动力学研究

研究了斑铜矿的浮选行为，并通过吸附量测试、红外光谱、吸附动力学及热力学计算研究丁基钠黄药(简称NaBX)在斑铜矿表面的吸附机理.斑铜矿在pH为5~9时可浮性较好，药剂在矿物表面的吸附属Freundlich模型的多分子层吸附;当 pH 为12时可浮性差，属于Lamgmuir模型的单分层吸附.NaBX在矿物表面吸附符合二阶动力学方程，是自发进行的化学吸附过程，通过热力学计算得出pH 为9时的吸附反应比pH为12时更容易发生.红外光谱测试表明，当pH为5~9时NaBX在斑铜矿表面的吸附产物为Cu(BX)₂，Fe(BX)₃和(BX)₂，而当pH为12时的吸附产物为Cu(BX)₂.     

溶解性有机质对重金属在土壤中吸附和迁移的影响

溶解性有机质(DOM)是土壤中最具有活性的组分,可以与重金属发生吸附、解吸、络合等一系列作用,对重金属的迁移转化、生物有效性等产生一系列重要影响。通过实验研究溶解性有机质对重金属吸附和迁移的影响。吸附实验表明,重金属Cu、Pb、Cr、Cd在土壤中吸附能力是不同的,土壤对重金属吸附能力的大小顺序为PbCuCrCd。土柱实验表明,重金属Cu、Pb、Cd、Cr在土壤中的迁移规律相似,均为前期淋出液重金属含量较低,后期随时间的增大而增大,当达到吸附饱和后浓度趋于稳定。但不同重金属迁移速率各不相同,这与吸附实验结果相符。溶解性有机质的存在对重金属迁移的影响主要体现在迁移速率上,其穿透时间比去除有机质的情况短,有机质的存在有利于重金属离子向下迁移,但当达到饱和后对重金属迁移浓度影响不显著。     

采用多叉树模型数据迁移算法的设计与实现

针对目前传统关系型数据库中的历史数据向非关系型数据库迁移的低效率问题,提出利用多叉树模型对历史数据存储模式进行重构.基于4种模式迁移规则对各表节点之间的关联关系进行分析,推导算法完成传统关系型数据库中存储模式和历史数据的自动化迁移.该算法不受源数据库存储模式的限制,具有一定的通用性.数据迁移实验表明:在查询性能上,基于多叉树的迁移算法比官方迁移工具Sqoop有较大的提高.     

预交联凝胶颗粒与十二烷基硫酸钠的相互作用

建立预交联凝胶颗粒对阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的吸附特性与SDS对预交联凝胶颗粒膨胀性影响规律的关系,利用稳态剪切流变和振荡剪切流变方法研究SDS对预交联凝胶颗粒流变性能的影响,探讨预交联凝胶颗粒与SDS的相互作用机制。结果表明:随着SDS质量浓度的增加,表面活性剂在预交联凝胶颗粒上的吸附量逐渐增加后达到饱和,而预交联凝胶颗粒的膨胀倍数先逐渐降低,达到吸附饱和后基本稳定;预交联凝胶颗粒具有剪切变稀性,吸附表面活性剂SDS之后对其在低剪切速率下的表观黏度具有显著影响,随着SDS质量浓度的增加其屈服应力逐渐减小,储能模量呈现先降低后升高的趋势。     

车用天然气储气技术

天然气用作汽车的代用燃料,具有储量丰富、价格便宜;辛烷值高、燃烧充分;低硫、低氮、无灰、环境污染少等优点。但是,目前的压缩天然气储气技术存在储气压力高、储气量小、续驶里程短等缺点,严重制约着天然气汽车应用领域的扩展。对5种车用天然气储气技术进行了分析讨论后,指出了吸附储存和近临界流体储存天然气技术在天然气汽车领域将有着广阔的应用前景。     

Sb2O3对十二烷基硫酸钠的吸附及其悬浮液稳定性

本文研究了十二烷基硫酸钠（ＳＤＳ）在Ｓｂ２Ｏ３／Ｈ２Ｏ界面上的吸附及其对Ｓｂ２Ｏ３县浮液稳定性的影响．结果表ＳＤＳ在Ｓｂ２Ｏ３／Ｈ２Ｏ 界面上的吸附为Ｓ型；ＳＤＳ浓度低时，Ｓｂ２Ｏ３县浮液产生絮凝作用，稳定性大大降低，而ＳＤＳ浓度增大后，Ｓｂ２Ｏ３县浮液稳定性显著提高．用表面活性剂两阶段吸附模型进行了热力学计算     

海藻酸钠复合吸附材料研究进展

海藻酸钠具有良好的生物相容性、亲水性、以及特殊成形性,相对于其他吸附材料原料丰富易得、价格低廉被广泛用于吸附重金属离子、染料、抗生素、农药、表面活性剂等污染物.文章介绍了海藻酸钠交联水凝胶、互传网络凝胶、海藻酸钠小颗粒吸附剂复合材料以及磁性复合材料吸附污染物的研究进展.海藻酸钠复合材料脱附后可以重复使用且能保持良好的吸附效果,是一种非常有前途的生物聚合物材料.