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.     

水热法制备三氧化二铝掺杂石墨烯泡沫

石墨烯泡沫与其他纳米材料掺杂是提高石墨烯泡沫性能、拓展石墨烯泡沫应用的重要手段.发展简便的掺杂石墨烯泡沫的方法对石墨烯技术具有重要的意义.本文以氧化石墨烯和偏铝酸钠为原料,采用水热反应一步合成了三氧化二铝掺杂的石墨烯泡沫复合材料.掺杂石墨烯泡沫采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱和孔径结构等技术进行表征.结果表明,氧化石墨烯在水热反应中充分还原,偏铝酸钠在水热反应中有效水解.针状三氧化二铝纳米颗粒均匀掺杂到石墨烯泡沫的多孔结构中,得到比表面积大、掺杂量高的掺杂石墨烯泡沫.     

氧化石墨烯-壳聚糖复合材料对甲烯蓝的吸附动力学

氧化石墨烯-壳聚糖复合材料(graphene oxide-chitosan composite,GO-CS)可用于清除阳离子染料,具有吸附量大、易于分离等优点.对GO-CS吸附阳离子染料甲烯蓝的动力学进行了研究,结果显示,GO-CS对甲烯蓝的吸附符合二级动力学模型.颗粒内扩散模型分析表明,GO-CS吸附甲烯蓝的扩散机制包括颗粒内扩散和表面扩散.此外,还发现GO-CS对甲烯蓝的吸附量受pH值和离子强度的影响,较高的pH值和离子强度有利于提高吸附量.     

水溶性磁性Fe_3O_4纳米粒子对小麦生长影响的研究

水溶性磁性Fe_3O_4纳米颗粒由于其良好的生物相容性、超顺磁性等特征,在生物领域常被用来作为磁性载体材料,其广泛的生产和应用增加了它们在环境中释放的可能性,需对其环境生物安全性进行评价.首先合成了水溶性磁性Fe_3O_4纳米纳米粒子,并用透射电子显微镜和马尔文粒度分析仪对其进行形貌分析和表征.然后在不同的浓度下(0、0.72、1.44、3.6 mg/mL)研究了水溶性磁性Fe_3O_4纳米粒子对小麦生长的影响,结果显示随着浓度的增加,磁性Fe_3O_4纳米纳米粒子对小麦生长的抑制越明显,造成生长抑制和根结构损伤.结果证明了水溶性磁性Fe_3O_4纳米颗粒对小麦植物存在一定的生物毒性,其环境排放应该严格限制.     

稳定同位素(13)~C标记C_(60)的制备及光谱性质

富勒烯纳米材料因其独特的结构和生物活性在生物医学领域广受关注,然而真正实现它们的商业化应用,仍需要进一步地研究,解决关键的生物安全性问题.本文利用电弧放电法,以稳定同位素13C直接替位掺入C60碳笼上的骨架碳原子,合成了13C-C60,确定了稳定同位素13C的掺入量,研究了稳定同位素效应所引起的C60分子质谱及振动光谱的变化特征,证实这种13C直接标记法不破坏富勒烯碳笼的本征结构.研究发现13C标记的C60分子的质谱分子离子峰呈正态分布,较强的分子离子峰m/z随13C标记量的增加而增大;其分子振动的红外和拉曼光谱虽然都保留了C60分子的特征光谱峰,但又随13C标记量的增加而发生不同程度地迁移和劈裂,这主要是由于稳定同位素13C的掺入,致使C60分子结构的对称性降低.这种稳定同位素13C标记富勒烯13C-C60,将为安全、无损、定量的富勒烯纳米材料体内的生物安全性研究奠定重要基础.     

四氧化三铁-石墨烯复合芬顿催化剂用于染料脱色的研究

芬顿催化是污水处理中最常用的技术之一,但是传统芬顿试剂需要对水体进行酸化并造成大量亚铁离子浪费.本文用水合肼还原法制备了四氧化三铁-石墨烯复合芬顿催化剂(Fe3O4-G),测试其催化脱色甲烯蓝的活性.Fe3O4-G样品用透射电镜、X射线光电子能谱和红外光谱等表征.Fe3O4-G能催化双氧水分解氧化脱色甲烯蓝.Fe3O4-G在pH3.5~9.5范围内均能有效催化脱色甲烯蓝,最佳pH为8.5.Fe3O4-G的催化活性几乎不受溶剂的影响,加入自由基淬灭剂叔丁醇对脱色也没有明显抑制.Fe3O4-G在较高的温度下催化能力更强,增大双氧水用量也能促进脱色反应.     

还原石墨烯对白腐菌降解脱色染料活性艳红X-3B的影响

白腐菌被证实可以用于分解污水中毒性大、难降解的染料.研究表明纳米材料可能干扰白腐菌生长和活性,因此探究纳米材料对白腐菌降解染料的影响迫在眉睫.评估了白腐菌降解染料活性艳红X-3B过程中不同浓度还原石墨烯对白腐菌生长和染液褪色的影响,并探讨了石墨烯对染料的吸附的贡献.结果显示,在染料降解过程中,石墨烯使得白腐菌水肿,随着石墨烯浓度的增加,白腐菌湿重增加、干重减少,但石墨烯对培养体系p H值影响不大.白腐菌能彻底降解染料,但耗时较长,加入石墨烯能加快褪色效率.石墨烯本身是良好的吸附剂,使白腐菌附近的局部染料浓度提高,因此促进了染料快速脱色.     

白腐真菌的培养及其在染料污水脱色中的应用

阈值法是图像分割最为常用的方法之一,然而基于一维直方图的阈值方法分割结果容易受噪声的影响.基于二维直方图的二维Fisher准则能够克服一维阈值法缺陷,具有较好的分割性能.但是二维Fisher准则阈值法在求取最优阈值时需要大量的计算,运算速度非常慢.常用的二维Fisher准则阈值优化计算方法如粒子群算法和遗传算法容易陷入局部最优.杜鹃搜索算法是新近提出的一种元启发优化算法,一些经典的函数优化问题测试结果表明杜鹃搜索算法全局寻优能力优于粒子群算法和遗传算法.在介绍杜鹃搜索算法的基础上,提出一种基于杜鹃搜索算法改进的二维Fisher准则阈值分割方法.实验结果证明,提出的方法降低了基本二维Fisher准则阈值法最优阈值的寻找时间,提高了图像分割的实时性,是一种性能良好的图像分割方法.