氧化石墨烯的制备、表征及其对发酵液中鼠李糖脂吸附分离特性

以改良的Hummers氧化法制备了氧化石墨烯(GO),并研究其对铜绿假单胞菌发酵液中鼠李糖脂(Rha)的吸附分离特性.结果表明,通过Hummers氧化法,可使石墨粉氧化为GO,并形成层数很少甚至单层的GO片,使所得GO的比表面积较石墨粉显著增大.以所得GO对铜绿假单胞菌NY3发酵液中的Rha进行吸附,发现当发酵液的pH值为4.0、吸附温度为25℃时,Rha在GO表面的吸附可迅速平衡,其最大吸附量约为1.7 g·g~(-1).pH 13的氢氧化钠溶液可使Rha一次洗脱回收率为86.1%,是较佳的洗脱剂.重复利用实验表明,且所得的GO吸附剂可重复利用.     

贵金属负载氧化石墨烯二氧化钛光催化消除甲硫醇三甲胺性能探究

利用沉积法将Ag、Pt、Pd等3种贵金属负载GO/TiO₂,利用X射线衍射、扫描电镜和X射线光电子能谱等对催化剂的结构、组成、形貌进行表征.将催化剂用于光催化动态和静态实验降解甲硫醇、三甲胺气体,考察不同贵金属的负载对催化效果的影响.结果表明,贵金属均匀沉积在GO/TiO₂上,减少了光生电子空穴对复合,与GO/TiO₂相比光催化效率得到显著提升.催化效果顺序为：Pd/GO/TiO₂>Pt/GO/TiO₂>Ag/GO/TiO₂>GO/TiO₂.     

氧化石墨烯及其复合材料去除水体抗生素的研究进展

由于具有优异的抗菌性,抗生素被广泛应用于医学领域和养殖行业。然而,近年来对抗生素大规模的使用和排放,在自然界造成了大量的累积,引发了一系列水环境污染问题,严重威胁生态系统安全和人类健康。因此,研发可去除水中过量抗生素的材料已成为当前环境领域的重要研究方向之一。氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高比表面积、良好亲水性、耐酸碱性、制备简便、成本低廉等优势,成为了一种新兴的抗生素去除材料。该文首先概述了现有的GO及其复合材料分类制备方法,包括空间改造、共价键修饰和金属氧化物改性等。其次,综述了近年来GO及其复合材料在抗生素去除领域的应用、影响因素及作用机制。结果表明,基于吸附原理的GO复合材料吸附去除抗生素效果主要受溶液p H、共存离子、吸附剂投加量、抗生素类别及浓度等多种因素的影响,吸附机制主要包括静电相互作用、π-π相互作用、阳离子-π键作用和氢键作用等,通过引入元素、金属和有机化合物等手段可有效提高GO材料的吸附容量;基于光催化降解原理的抗生素去除过程中,光照条件是最重要影响因素,而其中关键活性物质包括光生空穴、羟基自由基和超氧自由基等,掺杂金属纳米粒子与半导体纳米材...     

氧化石墨烯遗传毒性的实验研究

研究氧化石墨烯(GO)的遗传毒性,考察其致突变作用,为GO在生物领域的安全应用提供依据。采用Ames试验、体外CHL细胞染色体畸变试验和小鼠体内染色体畸变试验,分别在细菌水平、细胞水平及整体动物水平研究GO的遗传毒性。GO各剂量组的Ames试验结果为阴性。CHL试验中,CHL细胞染色体畸变率随GO浓度的增加而升高,其中1.000 mg·mL~(-1)剂量组(+S_9)和0.500 mg·mL~(-1)剂量组(-S_9)畸变率显著升高(P 0.05)。小鼠骨髓细胞染色体畸变试验中,骨髓细胞染色体畸变率同样随GO浓度的增加而升高,1.000和0.500 mg·kg~(-1)剂量组的畸变率显著提高(P 0.05)。虽然Ames试验结果没有反映出GO的遗传毒性,但在体外及体内染色体畸变试验中,GO均表现出对哺乳动物细胞染色体有潜在的遗传毒性。     

转录因子ATF-7参与调控氧化石墨烯(GO)对秀丽线虫的致毒效应

ATF-7是具有亮氨酸拉链结构的转录激活因子,为了解其是否参与调控氧化石墨烯(GO)的致毒效应,以秀丽线虫为在体研究模型,通过运动行为、肠道活性氧簇(ROS)水平和寿命分析,评价atf-7 RNA干扰对秀丽线虫应答GO毒效应的影响;同时以qRT-PCR和Patf-7::mCherry转基因秀丽线虫检测GO对atf-7表达水平的影响.结果显示,GO暴露可以降低秀丽线虫头部摆动和身体弯曲频率,且运动行为的下降与GO暴露浓度呈正相关;atf-7干扰秀丽线虫对GO致毒效应更加敏感,0.1 mg/L GO就可导致头部摆动和身体弯曲频率显著下降(P 0.01);在GO暴露条件下,atf-7干扰秀丽线虫的平均寿命由13.54 d缩短到8.8 d,寿命缩短程度大于空载干扰组(P 0.01);atf-7干扰秀丽线虫在GO暴露条件下肠道ROS水平比未暴露情况下上升了3.33倍,而空载组肠道ROS水平上升了2.66倍,atf-7干扰秀丽线虫对GO所致肠道ROS的积累更加明显(P 0.01).GO暴露可以诱导秀丽线虫atf-7的表达水平,GO暴露组atf-7在转录水平和蛋白水平较对照组分别上调了164倍和200倍.因此,atf-7是秀丽线虫应对GO致毒效应中所必需的,秀丽线虫通过上调atf-7的表达以应对GO毒效应,对秀丽线虫进行atf-7干扰降低其表达水平可使秀丽线虫对GO致毒效应更加敏感.(图4表1参24)     

纳米氧化石墨烯对水中锶的吸附特征

采用纳米氧化石墨烯(GO)吸附放射性废水中Sr2+,从吸附原理、吸附动力学、pH对吸附的影响等方面对吸附过程进行研究.采用表面增强拉曼技术和红外光谱对Sr2+在GO表面的吸附进行光谱表征.将GO负载到活性炭表面进行柱实验探索GO在废水处理中的应用.结果表明,在pH值为6.0—6.5时GO对Sr2+的吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附量263.16mg·g-1.GO对Sr2+的吸附符合拟二级动力学方程.在pH3—11范围内吸附量随着pH升高显著增大.GO对Sr2+的吸附具有快速,吸附量大,适用pH范围广的特点,可大量用于放射性废水的处理.GO负载到活性炭上后吸附量有所下降,但克服了GO材料本身在水中粒径小难分离的缺陷,是一种可实际应用、去除环境中Sr2+的新方法.     

氧化石墨烯对大型溞的生物毒性效应研究

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)因其优良的电性能、机械性能,而成为新兴的碳纳米应用材料,但是其制造或应用后排放进入环境水体的潜在生态风险缺少足够的研究,尤其是关于GO生态毒性的基础数据。研究以水生甲壳类动物大型溞(Daphnia magna,D.magna)为受试生物,从急性毒性和慢性毒性两方面考察了GO的生物毒性效应,并结合溞类的光学显微镜观察和体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活力以及丙二醛(MDA)含量的测定对GO对大型溞的致毒机理进行了初步探究。研究结果表明GO对大型溞急性毒性的48 h半数致死浓度(48 h-LC50)为84.2 mg·L-1;慢性毒性的21 d半数致死浓度(21 d-LC50)为3.3 mg·L-1。关于GO对大型溞的繁殖毒性,当GO浓度达到1 mg·L-1时能够显著推迟母溞的头胎出生时间,抑制母溞头胎幼溞数、单胎最高产溞数和总产溞数。关于GO对大型溞的致毒机理,研究结果表明消化道堵塞和氧化损伤可能是GO对大型溞的主要致毒途径。上述研究结果为GO在水环境中的毒性效应研究奠定了基础,为GO的工业化应用前景提供了基础的生态毒性数据。     

Fe_2O_3@GO聚合物对水中As~(3+)的吸附特性表征

以氧化石墨烯(GO)和硝酸铁为原料,采用浸渍法制得Fe_2O_3@GO聚合物,研究不同质量比Fe/GO、p H值及温度条件对GO和Fe_2O_3@GO聚合物吸附水中As~(3+)的影响,并通过吸附等温线和动力学方程进行相关拟合分析。同时,使用Roman光谱、FTIR、SEM等表征手段对GO和Fe_2O_3@GO聚合物2种材料进行表征,3种表征手段均显示铁已被成功负载到氧化石墨烯上。结果表明,As~(3+)的去除率与复合物中Fe/GO的质量比呈显著正相关,吸附的最优p H值为8,温度为40℃。Fe_2O_3@GO聚合物及GO这2种材料吸附As~(3+)的吸附等温线均符合Freundlich模型,准二级模型能更准确地描述其吸附动力学过程。在相同条件下,Fe_2O_3@GO聚合物较GO吸附性能更好,对于初始浓度为10 mg·L~(-1)的As~(3+)溶液,GO和Fe_2O_3@GO聚合物的平衡吸附量分别达到17.95和31.30 mg·g~(-1)。     

氧化石墨烯对沉积物中重金属Cu的稳定固化研究

以一种新型碳基材料——氧化石墨烯(GO)为吸附剂,以乌梁素海表层沉积物中重金属Cu为研究对象,考察了GO投加量、沉积物pH值、有机质种类及其质量分数在35 d老化时间内对Cu稳定固化效果的影响。实验中利用电位法测定沉积物的pH值和氧化还原电位值(ORP),通过BCR连续提取法分析Cu各形态含量的分布。研究结果表明,随着GO投加量(2%、4%、6%、8%和10%)的增加,GO可以有效地将Cu从不稳定状态转化为稳定状态。在质量分数为10%时,Cu的酸可提取态较原始状态减少3.76%,残渣态增加28.16%。另外在不同pH(6、7、8和9)下,GO对Cu的稳定效果不同,表现出pH=9pH=8pH=7pH=6的递减关系;并且当pH=9时,沉积物的ORP值在整个老化时间内最低。选用腐殖酸(HA)和富里酸(FA)两种有机质研究其对GO稳定沉积物中Cu的影响。结果发现,加入HA和FA后,GO对沉积物中Cu的稳定效果明显提高,且随着HA和FA质量分数(1%、5%、10%和15%)的增加而增加,当质量分数为15%时固定效果最好。GO+15%HA使重金属Cu的残渣态增加了34.95%,GO+15%FA使重金属Cu残渣态增加了32.96%。以上实验数据表明,GO可以有效地将沉积物中Cu从不稳定态转化为稳定合态,降低沉积物中Cu向上覆水释放的风险。该研究围绕乌梁素海上覆水环境开展实验,以期望对高寒地区重金属污染沉积物的修复提供一种新的思路。     

磺胺甲噁唑在磷钨酸/二氧化钛复合膜上的光催化降解

以典型抗生素类药物磺胺甲噁唑(SMZ)为目标物,模拟太阳光下研究其在磷钨酸/二氧化钛(H3PW12O40/TiO2)复合膜上的光催化降解行为,并对其可能的降解机理进行探讨.通过一系列的条件实验确定H3PW12O40/TiO2复合膜光催化降解SMZ的最佳实验条件为:H3PW12O40掺杂量为7.7%、污染物初始浓度为50 mg·L-1、溶液pH值为5.5.此时,H3PW12O40/TiO2复合膜表现出最强的光催化活性,其动力学常数为0.453 h-1,为纯TiO2膜的3.0倍;模拟太阳光照射12 h后,复合膜对SMZ的矿化度可达66.6%,是纯TiO2膜的1.25倍.     

天然有机物对水中氧化石墨烯凝聚的影响

在比较不同片径氧化石墨烯(graphene oxide, GO)稳定性的基础上,研究了3种典型天然有机物对水中GO凝聚的影响.结果表明,不同片径的GO在水中均呈现较强的电负性,小片径GO可更为稳定的分散.电解质加入可降低GO表面电位,诱发纳米颗粒间碰撞凝聚.水中GO的凝聚过程符合胶体稳定性(DLVO)理论,可分为扩散控制凝聚和反应控制凝聚两个不同阶段.Ca~(2+)可通过吸附电中和机制进一步降低GO表面电位,具有更强的促凝聚作用.天然有机物的存在可抑制GO的凝聚;与海藻酸钠相比,富里酸和腐殖酸易被GO吸附,抑制凝聚的能力更强.Ca~(2+)与腐殖酸间可发生配位桥连作用,形成尺寸较大的产物,强化GO凝聚的快速进行.不同天然有机物与GO和电解质间存在着复杂的相互作用关系,对水中GO凝聚的影响存在着较大的差异.     

“光催化铁循环”作用对自组装TiO_2-FeOOH复合膜活性的影响

通过分子自组装法,制备了改性钠基蒙脱石基负载不同层序TiO_2-Fe OOH纳米复合膜,以甲砜霉素溶液为目标污染物,研究自然光下复合膜的光催化活性.采用透射电镜(TEM)、紫外—可见光吸收光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对实验样品进行表征.结果表明,由锐钛矿和针铁矿纳米晶构成的复合膜将材料光谱响应范围扩展至可见光区.铁在外层时,复合膜具有更高的光降解效率.在光降解甲砜霉素过程中,以菲啰嗪作为分子探针,测定溶液中Fe~(2+)的相对含量;用X射线光电子能谱(XPS)测定固体表面铁和其他元素的化学态及其相应含量的变化.研究铁的反应动力学发现,与其他光催化剂不同,含铁催化剂在光催化过程中于固液界面上发生了一种"光催化铁循环"作用.即单层膜和复合膜,在固液界面上都存在由光催化引发的,铁的多重氧化还原反应协同作用循环驱动的动态过程,且铁循环反应加速了目标污染物的光催化降解.分析光催化反应前后Ti 2p、O 1s XPS谱图,发现反应后复合膜的表面未产生低价态钛离子,仅含高活性Ti~(4+),表明"光催化铁循环"作用有利于维持催化剂的光催化活性.这为今后设计高效光催化剂提供了新的思路.     

GO通过氧化损伤激活秀丽线虫未折叠蛋白反应

以秀丽线虫为受试生物,探讨氧化石墨烯(GO)对秀丽线虫未折叠蛋白应答的激活及其与氧化应激的关系。将L4幼虫暴露于GO中24 h,通过检测活性氧(ROS)水平、乳酸脱氢酶(LDH)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等指标评估GO对秀丽线虫所致氧化损伤;以hsp-4和hsp-6分别作为秀丽线虫内质网和线粒体未折叠蛋白反应(UPR)的报告基因评价GO对秀丽线虫UPR应答的激活;同时以谷胱甘肽(GSH)作为抗氧化剂探讨GO所致UPR应答与氧化应激的关系。研究结果显示,GO暴露后秀丽线虫体内ROS、LDH和MDA水平升高,抗氧化酶活性上升;内质网和线粒体UPR反应增强,GSH预处理可以降低内质网和线粒体UPR应答。研究表明,GO短期暴露可以诱导秀丽线虫机体氧化应激进而激活UPR应答,抗氧化保护可以降低UPR应答反应。     

氧化石墨烯纳米颗粒对抗生素类污染物吸附特征及影响因素

本文通过吸附动力学和吸附等温线探究了氧化石墨烯(GO)纳米颗粒对3种典型的四环素类抗生素(即四环素(TC)、土霉素(OTC)和金霉素(CTC))吸附特征.结果表明,伪二级动力学模型可以很好的拟合吸附动力学的结果,吸附速率可能受化学吸附控制.吸附等温线的结果显示GO对3种抗生素均有较高的吸附能力,且吸附能力依次为：CTC>OTC>TC.这主要是由于四环素类抗生素可以通过π-π作用、阳离子-π键、疏水作用以及静电作用等机制与GO产生结合.此外,四环素类抗生素在GO上的吸附行为与背景溶液的水化学条件(如pH、离子强度和二价金属离子)密切相关.总体来讲,由于静电斥力的增强,抗生素在GO上的吸附量随着背景溶液pH值的升高或离子强度(NaCl)的增加而降低,这主要是由于静电引力和吸附点位的减少所致;二价阳离子(Cu²⁺)可以通过表面桥连作用,显著促进抗生素在GO上的吸附.本研究结果清楚地表明抗生素本身的化学性质和背景溶液的水化学条件在GO去除抗生素的过程起着重要作用.     

pH值、离子强度和粒径对氧化石墨烯稳定性的影响

氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)表面具有丰富的官能团和较高的比表面积,能够作为膜材料应用于膜分离技术.然而,目前合成GO的技术很难保证其横向尺寸的均一性.此外,GO在自然水环境中分散性的稳定性受环境中pH值和离子强度的影响.本文研究了横向尺寸、pH值和离子强度对GO表面双电层电荷或结构组装所需的相互作用力的影响.从原位原子力显微镜(Atomic force microscope, AFM)获得的力-距离曲线(F-D)可以看出,溶液条件对DLVO力的作用.GO的双电层静电斥力随着pH值的升高而增大,这可能是由于表面官能团的电离作用增强所致.但随着离子强度的增加,双电层斥力减小,得到的数据与DLVO理论一致.通过Zeta电位和开尔文探针力显微镜(Kelvin probe force microscopy, KPFM)测量,确定了氧化石墨烯片层表面电荷的不均匀性.     

静电纺PA6/PET复合膜的制备及其空气过滤性能

主要研究静电纺纳米/微米纤维复合膜(PA6/PET)的制备及其空气过滤性能,电纺了几种不同密集度的复合膜,研究了其对氯化钠粒子在特定条件下的过滤能力,进行了加载过滤测试,并通过扫描电子显微镜(SEM)对过滤前后纤维膜的表面形态进行观察.结果表明,对于多分散的NaCl粒子来说,过滤材料的过滤效率随着过滤时间的增加而增加.当增大过滤粒子流量时,过滤阻力与流量呈现线性增长关系,但是过滤效率变化不大.本实验中复合膜的最低过滤效率为99.990%.     

氧化石墨烯存在下铜离子对大型溞的毒性研究

氧化石墨烯(graphene oxide,GO)作为一种具有独特物理化学性质的新型纳米材料被广泛应用,其进入环境后可能对传统污染物的毒性造成影响。选取大型溞为受试生物,研究了GO的存在对Cu在大型溞体内的富集、毒性和抗氧化系统的影响。结果表明,GO对Cu~(2+)具有良好的吸附效果,大幅降低了试验液中Cu~(2+)浓度。1 mg·L~(-1)和2 mg·L~(-1)GO存在下,大型溞暴露于19.2μg·L~(-1)Cu~(2+)溶液72 h后,体内的金属Cu富集量由360μg·g-1干重分别降低为308μg·g-1和215μg·g-1干重。GO的存在降低了Cu~(2+)对大型溞的毒性,Cu~(2+)对大型溞的72 h-LC50值由19.2μg·L~(-1)升高至56μg·L~(-1)。Cu~(2+)单独作用时,大型溞体内SOD活性和GSH含量表现为先诱导后抑制,而MDA含量逐渐升高;当GO存在时,大型溞体内酶活性的变化趋势与上述现象类似,但含量总体低于Cu~(2+)单独暴露时的活性和含量。研究表明GO的加入减少了大型溞体内Cu的富集量,降低了Cu~(2+)对大型溞的氧化损害,对Cu~(2+)的毒性存在一定的减轻效果。     

一种新的加权功能相似性算法在蛋白质相互作用研究中的应用

基于GO术语衡量基因产物之间的相似性主要是通过语义相似性进行,此类方法主要是先计算GO术语之间的相似性,然后再通过与GO术语相关的基因产物的相似性两步来实现的.第一步GO术语之间的相似性已经有了大量的研究,但是关于第二步的功能相似性研究却很少,针对平均化计算功能相似性的一些缺陷,提出了一种新的加权的功能相似性计算方法——wfcSim方法.应用DIP数据库中人类和线虫的蛋白质相互作用数据,通过ROC曲线对基于平均化、基于最大化、Wang和wfcSim等4种功能相似性研究方法进行了评估,结果表明,与前人通常使用的基于平均的方法相比,wfcSim方法在功能相似性分析方面具有较高的优越性.     

还原条件下氧化石墨烯对铅离子的吸附/解吸附性能

针对地下水还原条件下附着Pb离子氧化石墨烯(GO)纳米颗粒的环境稳定性,实验研究了厌氧条件下Na_2S还原对GO吸附Pb~(2+)以及解吸附过程的影响.采用X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射以及表面增强拉曼技术对吸附与解吸附的过程机理进行分析比较.结果表明,GO及Na2S还原生成r GO对Pb~(2+)的吸附过程符合Langmuir吸附模型,最大吸附容量分别为937.65、92.99 mg·g~(-1),GO还原后Pb~(2+)吸附容量减小;厌氧条件下Na2S还原引起GO表面吸附的Pb释放,实验条件下有19.9%—35.3%被吸附的Pb以离子形态释放出来.光谱分析表明,吸附Pb的GO在厌氧条件下被Na2S还原致使GO表面含氧官能团减少,造成Pb解吸附,解吸附释放出的部分Pb与反应体系中的硫化物结合生成PbS沉淀.附着Pb的GO进入还原环境后,以Pb~(2+)离子形式解吸附释放的Pb会引起水体的再污染.     

聚类GO术语在基因表达差异研究中的应用

针对基因功能分类体系基因本体(Gene Ontology,GO)特殊的有向无环图特点,改进传统的用单个GO术语检测基因差异表达信号的缺陷,设计出"聚类GO术语提升差异表达检测(ScaGO)"算法.通过简单的输入对照和实验组表达谱上的全部基因表达信号,来研究一些比较新的差异表达功能组,有助于进一步解释基因差异表达的生物学意义,如疾病发病机制、药物作用机理等.将ScaGO和基于单GO术语差异分析法应用到急性淋巴细胞性白血病数据集和酵母Rap1 DNA绑定突变体差异表达数据集上,结果显示,ScaGO能比基于单GO术语差异分析法发现一些新的与差异表达相关联的功能类基因,对于指导实验具有积极意义.图1表3参21