基于机器学习的金属有机框架吸附水中重金属性能预测

为了能准确预测金属有机框架材料(MOFs)对水中重金属的吸附性能,收集了48篇文献中的MOFs结构特征和成分特性,以及吸附水中重金属的实验参数建立数据集,训练并评价了6种回归模型,包括支持向量回归(SVR)、K-最近邻(KNN)、提升法(AdaBoost)、梯度提升树(GBDT)、随机森林(RF)和袋装法(Bagging).结果表明:基于树的集成学习模型的预测性能表现优异,其中以GBDT算法训练的模型性能最佳;进一步应用该模型,证明了机器学习方法可以准确预测MOFs对水中重金属的吸附性能;排列重要性与部分依赖图(PDP)显示,除了可控的实验参数外,影响吸附量的重要因素是MOFs的孔径、比表面积、孔体积.本研究中的方法不仅能预测MOFs结构和性能的关系,还可以基于有效的实验参数模拟水中重金属的去除,进而为吸附材料的筛选优化提供参考.     

MOFs材料在废水污染物吸附治理中的应用研究进展

介绍了国内外MOFs材料吸附去除废水中各种污染物的研究进展,主要针对重金属离子(Hg²⁺、U⁶⁺、Cr⁶⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Co²⁺、Sb⁵⁺、Sr²⁺)及类金属离子(As³⁺、As⁵⁺)、有机污染物(染料分子、芳香化合物)等的去除,分析了MOFs及改性MOFs材料对废水中污染物的吸附性能;展望了MOFs材料在废水污染物吸附治理中的应用前景,提出高稳定性及具有催化性质的MOFs材料是用于废水中污染物吸附治理的理想材料。     

共价有机骨架复合材料去除水体中重金属离子的研究进展

共价有机骨架复合材料（covalent organic framework composites,COFs）是由轻元素C、O、N、B等以强共价键结合而成的一类具有二维或三维晶体结构的新兴多孔聚合物材料.由于它们具有孔道有序可调、比表面积大、孔隙率高、结构稳定及官能团丰富可进行后修饰等优点,在污染物吸附去除领域受到了广泛关注.本文总结了COFs复合材料的最新合成策略（"自下而上"、合成后修饰和混合合成策略）和COFs复合材料在水体中去除重金属离子方面的研究进展,并对其应用前景进行了展望.近年来,运用吸附方式从环境水体中去除重金属离子在环境治理领域颇受关注.COFs复合材料作为一种新型多孔结晶材料,具有优异的吸附性能,可从水溶液中有效去除重金属离子,因此具有广阔的应用前景.COFs复合材料吸附重金属离子的方式由化学吸附和物理吸附组成,且化学吸附占主导地位.现有的COFs复合材料合成方法因其存在时间较长、成本较高及产率较低等缺点,阻碍了其在环境分析领域中的实际应用,为增加效率、节约成本及实现工业化生产,迫切需要进一步开发合成COFs及复合材料的更多新方法.      

有机膨润土在废水处理中的应用及其进展

在废水处理过程中,吸附石应用相当广泛的一种物理化学方法。有机膨润土因其特有的吸附性能,作为一种廉价易得的吸附剂在水处理中应用广泛。文章对有机膨润土在水处理方面的应用做了简单综述,并对有机膨润土在水处理行业的发展做了展望。     

藻类对有机污染物生物吸附的研究进展

随着工业的迅猛发展,越来越多的有毒有机污染物被排放到环境中,进而引起一系列环境问题。大量研究表明,生物吸附已经成为去除有毒有机污染物的重要方法,而藻类作为一种理想的生物吸附剂,具有良好的吸附和降解有机污染物的能力。概述了藻类对染料、酚类、多环芳烃三种具有代表性的有毒有机污染物的生物吸附。     

MOFs荧光检测及光催化水体抗生素的研究进展

抗生素在水体中具有持久性和残留性,会加速抗生素耐药细菌和抗生素耐药基因的发展和传播,因此,研究从水中灵敏检测和有效去除抗生素的材料具有重要意义。金属有机框架(MOFs)因其具有良好的孔隙结构和丰富的活性位点等特性,成为荧光检测和光催化领域有应用前景的材料。该文通过总结国内外关于MOFs对水体抗生素荧光检测及光催化应用的研究成果,阐述了MOFs荧光检测和光催化降解抗生素的机理,对比分析了不同种类、不同优化策略下MOFs对水体抗生素的荧光检测性能和光催化降解性能,并对未来的发展应用前景进行了展望。     

MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究进展

大气中挥发性有机物（VOCs）严重威胁生态环境和人类健康,其治理迫在眉睫。吸附法因操作简单、效率高、能耗低等优势成为目前处理VOCs最经济有效的方法之一。但传统吸附材料如分子筛、活性炭、硅藻土等存在吸附容量小、易堵塞、选择性低且再生困难等问题。因此,发展高效稳定的VOCs吸附材料仍是目前的研究热点。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种比表面积高、孔道结构丰富的新型多孔材料,在VOCs吸附净化方面具有良好的应用潜力。针对近10年MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究,从MOFs的结构和特点出发,详述MOFs的分类及其复合材料的类型,基于MOFs基多孔材料吸附VOCs过程中的影响因素和机制,对其在VOCs吸附应用方面的研究进展进行总结,并对其在该领域的未来发展进行展望。     

催化剂表面电荷调控与有机污染物水质风险控制研究进展

当前环境问题日渐突出,各种具有化学持久性、生物毒性和生物蓄积性的有机污染物在城市污水和地表水中被广泛发现.因此,开发和应用具有成本效益的水净化技术非常重要.在催化剂表面构筑不同缺陷,使电荷分布不均匀,形成的强静电力可改变特定反应物的吸附/解析行为,促进被吸附反应物的电子离域,从而可以被较低的氧化电势捕获,降低反应能耗,这受到了各个研究领域的广泛关注,特别是在环境领域.本文综述了以催化剂表面静电力为基础的反应体系在去除水中有机污染物的应用研究,包括协助微生物、溶解氧、痕量过氧化氢和光催化等过程.旨在使研究人员对基于表面静电力的催化体系有更深入的了解,并鼓励其在环境应用中的进一步发展.     

阴-阳离子有机膨润土吸附水中苯胺、苯酚的性能

首次用阴、阳离子表面活性剂改性膨润土 ,制得一系列阴 -阳离子有机膨润土 ,表征了有机膨润土的结构特征 ;研究了阴 -阳离子有机膨润土吸附水中苯酚、苯胺等有机物的性能及影响因素 ,并初步探讨了其吸附机理 .结果表明 ,阴 -阳离子有机膨润土的层间距和有机碳含量与改性时阴、阳离子表面活性剂的组成和配比有关 ;阴 -阳离子表面活性剂在有机膨润土中形成了增溶 (分配 )作用较强的有机相 ,从而对水中的有机污染物产生协同去除效应 .     

MOFs在水处理应用领域研究的文献计量学分析

金属有机框架（MOFs）材料具有比表面积大、孔隙率高,结构和功能可调等优异特性,在水处理领域应用广泛。为深入了解MOFs在水处理应用领域的研究热点和发展趋势,采用文献计量学方法,利用VOSviewer软件对Web of Science TM核心合集数据库中MOFs在水处理应用领域相关文献进行定量分析。结果表明：1995—2021年MOFs在水处理应用领域研究发文量共1 281篇,发文量总体呈逐年递增的趋势;中国是该研究领域发文量和总被引次数最高的国家,发文量达800篇,但篇均被引次数相对较低;Jhung S H是该领域最富有成效的作者,其发表的14篇论文总被引次数为1 657次。该领域研究热点为使用MOFs改性复合升级材料（如MOFs衍生碳、MOFs膜等）及运用吸附去除、催化降解等方式处理水中的染料、重金属离子等典型污染物,未来应注重低廉高效合成方法的探索,材料稳定性和可重复性的提升以及改性方式和污染物结构特性的构效关系,复合物或衍生物的作用机制等方面的研究。     

去除水体中砷的研究进展与展望

近年来,水体砷污染已成为一个全球性的环境问题,采取有效方法去除水体中的砷已受广泛关注。文章总结了水中砷主要去除方法:沉淀法、吸附法、生物法和膜分离法的原理、特点和应用现状,分析表明,沉淀法和吸附法已广泛应用于含砷水体的处理,其中开发高效的氧化剂和混凝剂是沉淀法的主要研究方向,寻求新型实用的吸附剂是吸附法的研究热点;生物法除砷是近年来的研究热点,加快微生物除砷的理论和应用研究是该方法的主要研究方向;膜分离法适用于对水质要求很高以及小规模的饮用水处理,研究较好的预氧化处理方法是该工艺的重点。将多种方法联合使用以达到最佳除砷效果,是目前水体除砷的发展趋势。     

FeCl3改性MOFs在低温下对Hg0的吸附性能

为提高吸附剂对Hg0（零价汞）的吸附效率,利用MOFs（金属有机框架）材料发达的孔隙结构和高比表面积（1 997.010 0 m2/g）,采用FeCl₃溶液浸渍改性,制备了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）用于脱除Hg0.在小型固定床反应器上考察了浸渍浓度、反应温度、氧含量等对Hg0去除的影响.结果表明:FeCl₃@MIL-101（Cr）在进口ρ（Hg0）为2×10-3 mg/L,c（FeCl₃）为0.2 mol/L,反应温度60℃,气体流速400 mL/min,φ（O₂）为1%的条件下,吸附穿透时间长达62 h,相应的吸附容量为14.27 mg/g.在此基础上,进一步利用BET（比表面积测试）、SEM（扫描电镜）-EDX（能量色散X射线光谱）、XRD（X射线衍射）、XPS（X射线光电子能谱）等常用表征手段研究了改性前后吸附剂的物理化学特性,证明了吸附剂FeCl₃@MIL-101（Cr）吸附零价汞是物理吸附与化学吸附共同作用的结果,含氯官能团在吸附Hg0过程中也发挥了相当大的作用,并且氧气可促进其吸附效果.最后,分析了其吸附机理.研究显示,该种吸附剂在低温条件下具有较为优良的脱汞性能,应用前景良好.      

Review on heterogeneous oxidation and adsorption for arsenic removal from drinking water

The long term exposure of arsenic via drinking water has resulted in wide occurrence of arsenisim globally, and the oxidation of the non-ionic arsenite (As(III)) to negatively-charged arsenate (As(V)) is of crucial importance for the promising removal of arsenic. The chemical oxidants of ozone, chlorine, chlorine dioxide, and potassium permanganate may achieve this goal; however, their application in developing countries is sometimes restricted by the complicate operation and high cost. This review paper focuses on the heterogeneous oxidation of As(III) by solid oxidants such as manganese oxide, and the adsorption of As(V) accordingly. Manganese oxide may be prepared by both chemical and biological methods to achieve good oxidation performance towards As(III). Additionally, manganese oxide may be combined with other metal oxides, e.g., iron oxide, to improve the adsorption capability towards As(V). Furthermore, manganese oxide may be coated onto porous materials of metal organic frameworks to develop novel adsorbents for arsenic removal. To achieve the application in engineering works, the adsorbents granulation may be achieved by drying and calcination, agglomeration, and the active components may also be in situ coated onto the porous materials to maintain the oxidation and adsorption activities as much as possible. The novel adsorbents with heterogeneous oxidation and adsorption capability may be carefully designed for the removal of arsenic in household purifiers, community-level decentralized small systems, and the large-scale drinking water treatment plants (DWTPs). This review provides insight into the fundamental studies on novel adsorbents, the development of innovative technologies, and the demonstration engineering works involved in the heterogeneous oxidation and adsorption, and may be practically valuable for the arsenic pollution control globally.     

Development of metal organic fromwork-199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs

Reticulated foam shaped adsorbents are more efficient for the removal of volatile organic compounds(VOCs),particularly from low VOC-concentration indoor air streams. In this study composite structure of zeolite and metal organic frameworks(MOFs),referred as ZMF,has been fabricated by immobilization of fine MOF-199 powder on foam shaped Zeolite Socony Mobil-5(ZSM-5)Zeolitic structure,referred as ZF. The ZMF possess a uniform and well-dispersed coating of MOF-199 on the porous framework of ZF. It shows higher surface area,pore volume,and VOCs adsorption capacity,as compared to ZF-structure.Post-fabrication changes in selective adsorption properties of ZMF were studied with three common indoor VOCs(benzene,n-hexane,and cyclohexane),using gravimetric adsorption technique. The adsorption capacity of ZMF with different VOCs follow the order of benzene n-hexane cyclohexane. In comparison with MOF-199 and ZF,the composite structure ZMF shows improvement in selectivity for benzene from other two VOCs. Further,improvement in efficiency and stability of prepared ZMF was found to be associated with its high MOF loading capacity and unique morphological and structural properties. The developed composite structure with improved VOCs removal and recyclability could be a promising material for small to limited scale air pollution treatment units.     

Potential applications of porous organic polymers as adsorbent for the adsorption of volatile organic compounds

Volatile organic compounds (VOCs) with high toxicity and carcinogenicity are emitted from kinds of industries, which endanger human health and the environment. Adsorption is a promising method for the treatment of VOCs due to its low cost and high efficiency. In recent years, activated carbons, zeolites, and mesoporous materials are widely used to remove VOCs because of their high specific surface area and abundant porosity. However, the hydrophilic nature and low desorption rate of those materials limit their commercial application. Furthermore, the adsorption capacities of VOCs still need to be improved. Porous organic polymers (POPs) with extremely high porosity, structural diversity, and hydrophobic have been considered as one of the most promising candidates for VOCs adsorption. This review generalized the superiority of POPs for VOCs adsorption compared to other porous materials and summarized the studies of VOCs adsorption on different types of POPs. Moreover, the mechanism of competitive adsorption between water and VOCs on the POPs was discussed. Finally, a concise outlook for utilizing POPs for VOCs adsorption was discussed, noting areas in which further work is needed to develop the next-generation POPs for practical applications.     

山阴水砷中毒区地下水砷的富集因素分析

通过对山阴地区66个地下水样中常量元素、微量元素及有机物分析,研究了山阴高砷地下水的水化学特性并在此基础上,结合该地区含水层沉积物矿物分析,探讨了地下水中砷富集的影响因素.结果表明,山阴地下水平均pH为8.09,磷酸根含量为0.71mg/L,溶解性有机物含量为5.14 mg/L,以及地下水处于还原环境.高pH值、高磷酸根含量及还原环境不利于含水介质对以阴离子形式存在的砷的吸附,高溶解性有机物含量则增加了砷的活性这些因素促使了含水介质中砷的解吸和迁移.     

有机污染物在海泡石矿物的界面吸附与降解研究进展

海泡石是一种典型的纤维状富镁硅酸盐粘土矿,广泛地应用于土壤污染治理、空气净化和水体污染物吸附等领域,然而海泡石表面Si-OH反应活性尤其是与有机污染物的反应机制尚未有清楚的认识。本文综述了海泡石对水体环境中有机污染物的界面吸附与降解研究进展,首先介绍了海泡石对有机染料、有机农药、药物和个人护理品等有机污染物的界面吸附情况,然后探讨了海泡石在深度氧化技术中通过界面吸附或者助催化协同作用提高了有机污染物去除效率的研究进展,最后指出了海泡石在有机污染物去除领域中未来的发展方向,特别是对海泡石Si-OH在深度氧化技术中的应用前景进行了分析。本文试图为海泡石矿物治理有机废水方面的拓展研究与应用提供指导。     

用于有机磷农药固相萃取的吸附材料的研究进展

有机磷农药由于在环境中相对于有机氯农药容易降解,而成为全球范围内使用最广泛的杀虫剂。尽管有机磷农药已经被证实了低环境持久性,但由于具有生物毒性、高毒性、再生毒性、免疫毒性和基因毒性,造成的残留仍能对人类健康产生危害。样品前处理是有机磷农药残留分析过程的重要步骤,该过程耗费时间,其好坏直接影响整个分析结果的准确性。固相萃取相对液-液萃取由于具有诸如快速、简单和绿色环保的特点及较强的选择吸附性,是目前应用最广泛的农药残留分析样品前处理技术。吸附材料是决定固相萃取过程效能的关键因素。文章介绍了常见的硅吸附材料、碳吸附材料、分子印迹吸附材料及磁性吸附材料在有机磷农药固相萃取领域的研究应用现状,同时对未来研究方向进行了展望。