羟基化石墨烯氧化NO脱硝反应机理研究

石墨烯氧化物(GO)通常是羟基化石墨烯(Hy G)和羧基化石墨烯(Cy G)负载金属或金属氧化物,作为催化剂可以有效地催化烟气脱硝,对环境保护具有重要意义.本文采用密度泛函理论(DFT)计算来评估Hy G与NO之间的相互作用,以揭示Hy G的氧化活性.首先基于5×5×1、6×6×1、7×7×1、8×8×1和9×9×1周期性石墨烯超晶胞中的碳空位能和OH—结合能来优选Hy G模型,并对优化后的Hy G的电子特性(包括前沿轨道、状态密度)进行研究.进而通过NO和Hy G之间的相互作用,揭示Hy G氧化NO的反应机理,并利用过渡态理论估算关键步骤的速率常数,进行动力学建模以确定羟基化石墨烯氧化NO脱硝反应特性.研究结果表明,无缺陷的羟基化石墨烯氧化NO的活性高于有缺陷的羟基化石墨烯,这为GO基催化材料的设计提供了理论指导.     

有机质和阳离子对氧化石墨烯团聚行为的影响

利用动态光散射技术分别考察了3种天然有机质（NOM）及其浓度和阳离子对纳米氧化石墨烯（GO）在水环境中团聚动力学的影响.无NOM存在时,GO团聚行为符合经典的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理论和舒尔采-哈迪准则.Na⁺溶液中,NOM显著增强GO稳定性,顺序为腐殖酸（HA） > 富里酸（FA） > 海藻酸钠（SA）,这主要是由于HA在GO之间产生了更强的空间位阻斥力.以HA为代表性有机质,2mg/L HA对GO在水溶液中的稳定性还受阳离子种类的影响：HA增强了GO在Na⁺和Mg²⁺溶液中的稳定性,然而对GO在Ca²⁺溶液中的稳定性几乎没有影响.提高HA浓度为5mg/L时：高浓度Mg²⁺溶液中,HA的盐析效应使得其未促进GO稳定性;Ca²⁺溶液中,HA与Ca²⁺发生了较强的桥联作用,使得HA促进了GO的团聚.     

功能化石墨烯对苯并[a]芘高效降解菌Paracoccus aminovorans HPD-2生长的促进作用

研究石墨烯对微生物生长的影响,深入探讨石墨烯和微生物之间的相互作用,对科学评估石墨烯的生态安全性具有重要的现实意义.本文研究了两种功能化石墨烯(氧化石墨烯和磺化石墨烯)对苯并[a]芘高效降解菌Paracoccus aminovorans HPD-2生长的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱及红外光谱技术深入探讨了石墨烯与菌HPD-2之间的作用机制.结果表明,两种石墨烯对菌HPD-2生长的影响与培养体系中营养水平有关,石墨烯的种类和浓度也是重要影响因素.低浓度石墨烯(0～10 mg·L~(-1))对菌HPD-2生长无影响,较高浓度石墨烯(100 mg·L~(-1))能够显著促进菌HPD-2的生长(p0.05).两种石墨烯均能促进菌HPD-2胞外聚合物的分泌.与菌HPD-2发生相互作用后,低浓度氧化石墨烯的D峰和G峰的相对强度比值(I_D/I_G)显著提高,结构无序性增加,较高浓度石墨烯与菌HPD-2发生了明显的相互作用,并在菌体表面存在一定程度的堆叠,细胞表面蛋白质、氨基酸和胞外多糖均参与了两者之间的相互作用;相比于氧化石墨烯,磺化石墨烯与菌HPD-2表面的作用较弱.研究结果有助于深入理解和科学评价石墨烯的微生物效应.     

水中氧化石墨烯稳定性的影响因素研究

基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na⁺)、4.5 mmol/L(Mg²⁺)和1.8 mmol/L(Ca²⁺)。相较于Mg²⁺,Ca²⁺可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca²⁺间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。     

壳聚糖/氧化石墨烯复合材料吸附U（Ⅵ）的特性与机理

采用溶液共混法制备了壳聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)复合材料,探讨了GO含量、pH值、CS/GO投加量、时间以及U(Ⅵ)初始浓度等对CS/GO吸附U(Ⅵ)效果的影响.试验结果表明,GO质量分数为40%,pH值为5时吸附效果最好,吸附在5 h达到平衡.准二级动力学模型和Langmuir等温吸附方程可较好地拟合其吸附过程,30℃时饱和吸附量为227.3 mg·g-1.CS/GO对U(Ⅵ)的吸附是自发的吸热反应.SEM、FTIR和XRD分析结果表明,CS/GO表面凹凸不平,羟基和氨基是U(Ⅵ)的主要结合位点.解吸试验结果表明CS/GO具有良好的重复使用性能.     

氧化石墨烯对亚甲基蓝和铜离子的共吸附行为研究

氧化石墨烯(GO)具有高比表面积和丰富的含氧官能团,表面存在着大量的吸附点位,被认为是去除水体污染物的高效吸附剂,而其在有机物-重金属复合污染环境中的吸附行为却鲜有报道.因此,本文采用改良Hummers法制备出GO,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)等物理表征方法对GO的形貌结构和表面官能团进行了表征.随后,侧重研究了GO对有机物及重金属污染物的单独和共吸附行为,选取亚甲基蓝(MB)与Cu(Ⅱ)作为复合污染水体的特征污染物,探讨了不同浓度Cu(Ⅱ)对MB及不同浓度MB对Cu(Ⅱ)的吸附性能的影响.结果表明,不同类型的污染物单独存在时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附量分别为29.13和424.16mg·g-1;而当上述两种污染物共存时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附性能均明显下降,这说明MB与Cu(Ⅱ)在GO表面的吸附点位存在着竞争吸附关系,并且MB对Cu(Ⅱ)吸附的抑制作用明显高于Cu(Ⅱ)对MB吸附的影响.     

氧化石墨烯对Th(Ⅳ)的吸附特性研究

针对污染水体中的放射性核素去除问题,采用Hummers法制备了氧化石墨烯,利用红外光谱、拉曼光谱、透射电镜和Zeta电位对氧化石墨烯的结构和表面形貌进行了表征。采用静态批式法研究Th(Ⅳ)在氧化石墨烯上的吸附行为,探讨了pH值、离子强度、腐殖酸等因素对吸附的影响。实验结果表明,pH值对吸附的影响很大,离子强度对吸附几乎没有影响;在pH5时,腐殖酸浓度对吸附起到了促进作用,浓度越大对吸附的影响越强烈。研究结果表明氧化石墨烯可以作为放射性核素处理的一种潜在吸附材料。     

磁性氧化石墨烯制备及去除水中刚果红的研究

采用Hummer方法制备了氧化石墨烯(GO),采用化学共沉淀法把铁氧化物纳米粒子覆盖在GO上制成磁性氧化石墨烯(MGO),并把MGO用作吸附剂去除水中阴离子染料刚果红.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、Zeta电位仪和磁强计对MGO进行了表征.研究了吸附动力学,吸附等温线及初始pH值,离子强度对吸附的影响.考察了MGO对自来水中刚果红的去除效果.结果表明,GO具有片状的二维纳米结构,表面有许多的褶皱;当pH3.5,吸附剂表面带负电荷,等电点为3.5;MGO的饱和磁化强度为31.2emu/g,足够从水溶液中分离出来.刚果红的吸附符合准二级动力学模型,且在吸附时间为7h内基本达到吸附平衡.在超纯水中最大吸附容量高达140.6mg/g,且吸附量随pH值升高先增加再降低,当pH4~5达到最大值.MGO对自来水中刚果红的最大吸附容量为287.6 mg/g,为在超纯水中的2倍,表明MGO对刚果红具有很好的去除效果.     

氧化石墨烯和多环芳烃与肺表面活性物质间的相互作用

为阐明氧化石墨烯与多环芳烃这一复合污染体系与肺表面活性物质（PS）的作用,考察了各组分之间的作用方式及效应,并对作用机制进行分析.结果表明,PS及其组分对多环芳烃有增溶作用,增溶能力依次为萘 < 苊 < 苯并（a）蒽;氧化石墨烯对多环芳烃和PS有一定的吸附作用,且多环芳烃和PS存在竞争吸附,入肺后PS及其组分占据多环芳烃的吸附位点而负载于氧化石墨烯表面;多环芳烃在PS及其组分增溶作用下在氧化石墨烯表面解析,毒性增强;DPPC由竞争吸附产生的解析效果尤为显著,当苯并（a）蒽的加入量到0.6mg/L时,DPPC于GO上吸附量减少了28.92mg/g;同时,多环芳烃和PS均会促使氧化石墨烯团聚,粒径增大3倍以上;C=C键的增多和化学键转化产生的作用力影响了氧化石墨烯的稳定性.本研究为复合污染对肺的潜在毒性效应及肺风险评估提供了一定的理论支撑.     

Cu-BTC/氧化石墨烯复合材料对刚果红的吸附特性

文章采用溶剂热合成法制备出了金属有机骨架(MOF)1, 3, 5-均苯三羧酸铜,即Cu-BTC,然后将Cu-BTC与氧化石墨烯(GO)进行复合制备Cu-BTC/GO复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FT-IR)、BET分析仪对材料进行了表征,并研究了复合材料对阴离子染料刚果红(CR)的吸附特性。XRD谱图显示MOF复合材料具有较高的结晶度。SEM表征证实了MOF在GO表面实现了成功生长。复合材料对CR的去除率大于单一MOF的去除率,吸附过程符合准2级动力学和Langmuir吸附等温线模型,吸附容量达到1 491.6 mg/g。总的来说,Cu-BTC/GO可以作为染料废水处理的优良候选材料。     

石墨烯在功能涂料中的应用研究进展

首先简要描述了石墨烯的发展现状以及当前石墨烯的主要分散方式,然后综合概述了近几年来石墨烯在防腐涂料、导电涂料、散热涂料、电磁屏蔽涂料以及其他功能涂料中的应用研究进展情况,并对石墨烯涂层性能随石墨烯的添加方式、添加量、分散技术的变化趋势进行了叙述。研究结果表明,当适量的石墨烯材料以均匀状态分散至涂料中时,对涂层综合性能有着显著的提升。最后对石墨烯功能涂料的研究工作提出了自己的建议。     

石墨烯在防腐涂料中的研究进展及应用

简要叙述了石墨烯结构性能以及当前主流制备石墨烯的方法。概述了最近几年来石墨烯在防腐涂料中的研究进展情况,包括石墨烯在涂料中的添加量、分散技术、原位改性等对涂料性能的影响。研究表明,在涂层中分散均匀添加量适中的石墨烯可以对防腐涂料性能有较大的提升,探讨了石墨烯在防腐涂层中的应用机理,同时对石墨烯防腐涂料的应用发展进行了展望。     

掺磷石墨烯的制备及其电化学性能研究

石墨烯以其优异的导电性、较大的比表面积,在超级电容器领域得到广泛关注。本研究以氧化石墨烯为原料,通过磷酸浸渍,然后经高温还原处理制备掺磷石墨烯电极材料,通过XRD、SEM等手段表征其结构,并应用恒流充放电、循环伏安等技术考察其电化学性能。结果显示,氧化石墨烯经处理后得到还原的同时掺杂了磷元素。掺磷石墨烯的比电容提高接近2倍,显现了较好的电容特性。     

超临界流体剥离制备石墨烯研究进展

综述了石墨烯的制备方法及其优缺点,详细介绍了超临界流体剥离制备石墨烯的原理、研究进展,重点讨论了超临界二氧化碳剥离制备石墨烯法的特点,并对发展方向进行了展望。超临界流体剥离制备石墨烯法设备简单、条件易达到,为大规模高效生产高质量的石墨烯提供了新的思路。     

石墨烯在装备技术相关领域的应用研究(二)

基于石墨烯的材料和器件正在传统和新兴领域广泛应用,简要综述了石墨烯基材料在电化学储能、装备抗腐蚀和吸波领域的研究进展,介绍了基于不同物理机制和观点的研究热点。指出高质量单层或少层、分散良好的石墨烯材料的制备尚未有工业化的方法,且大量的应用是基于石墨烯为模板的衍生物是石墨烯大规模工业化应用仍然为数不多的原因。提出高效地对石墨烯的表面、化学键进行功能化,同时保留石墨烯本体完美碳骨架的技术难题。最后提出研究石墨烯与其他功能材料的复合机理和微观机制,解决复合界面问题,开发绿色、高效、低成本的复合工艺,将促进石墨烯的应用。     

石墨烯复合材料在水处理中的应用研究

新型碳材料石墨烯,因其比表面积大,物理、化学特性优异,通常作为吸附剂或复合材料载体,用于难降解有机废水处理.载体石墨烯改性后,可优化复合材料性能,包括溶解性和可控性.基于复合材料制备,选取典型污染物废水,如染料废水、苯酚废水、农药废水,从吸附处理和催化降解两方面展开,简要介绍石墨烯复合材料的应用研究及作用效果,显示出复合材料可有效提高污染物降解效率,回用效果好.此外,石墨烯复合材料在回用及实际应用方面仍有待进一步研究.     

氧化石墨烯对邻苯二甲酸二丁酯藻毒性的影响

以海洋微藻青岛大扁藻(Platymonas helgolanidica var.tingtaoensis)为受试对象,研究了氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)单独及共同对青岛大扁藻的急性毒性效应,考察了藻细胞的生长状况,光合色素产量,细胞通透性,氧化应激指标及扫描电镜,以探讨GO的加入对DBP藻毒性的影响.结果表明,低浓度GO(0.1~10 mg·L~(-1))对青岛大扁藻的藻密度和叶绿素产量无明显影响,但藻细胞通透性随GO浓度升高显著增加(P0.05),10mg·L~(-1)时达到空白组的2.2倍.DBP对青岛大扁藻的EC50,96 h为(11.14±0.80)mg·L~(-1),其毒性远大于GO(EC50,96 h大于100mg·L~(-1)).1 mg·L~(-1)GO的加入使DBP的EC50,96 h降低到(4.93±2.14)mg·L~(-1),低浓度GO对DBP藻毒性表现出一定的增强作用.1 mg·L~(-1)的GO加入时,对低浓度DBP组(0.1~2 mg·L~(-1))的藻密度、叶绿素产量、细胞通透性水平没有显著性影响,但加剧了高浓度DBP组(4 mg·L~(-1))对藻密度、叶绿素产量的抑制,使单个藻细胞内ROS和SOD平均增加了21%和7%.扫描电镜结果发现GO对藻细胞具有覆盖,包裹及聚集作用,这些可能是DBP藻毒性增强的主要原因.该结果为揭示新型污染物碳纳米材料对海洋生物的风险提供了数据支持.     

基于石墨烯载体的铁基材料制备及除砷性能比较

以氧化石墨为前驱体,分别将磁铁矿、赤铁矿和零价铁负载到石墨烯上,通过FTIR和XRD对其进行表征,成功地制备出石墨烯负载磁铁矿(M-RGO)、石墨烯负载赤铁矿(H-RGO)和石墨烯负载零价铁(N-RGO)这3种复合材料.研究比较了3种复合材料的除砷性能,如吸附动力曲线、吸附等温线、pH值范围和共存离子对除砷效果影响.结果表明,3种材料吸附As(Ⅲ)的动力曲线遵从准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在相同条件下,其吸附容量依次为N-RGO>MRGO>H-RGO.3种材料均在弱酸性至中性条件下对As(Ⅲ)有较好的吸附效果,M-RGO和H-RGO材料受pH值影响较小,且吸附As(Ⅲ)的最佳pH值范围较N-RGO材料宽.3种材料中,N-RGO材料抗共存离子干扰能力较强,其次是H-RGO材料,MRGO材料最差.     

石墨烯在装备技术相关领域的应用研究(一)

从自上而下、自下而上两方面综述了石墨烯的制备方法,介绍了石墨烯基复合材料在气敏传感器、电化学传感器、光学与应力传感器等传感器领域的研究热点与进展,并比较了不同应用中的物理机制与理论解释,为石墨烯在装备技术领域的应用提供参考。最后提出了如何实现高质量石墨烯的量产,提高单层/单晶石墨烯的质量,如何实现石墨烯与其他材料的更好复合,以及石墨烯基材料性能提高的机制等将是今后石墨烯应用领域研究中重点。     

石墨烯薄膜原子氧剥蚀行为及电阻特性

目的研究石墨烯薄膜在原子氧空间环境的适应性,为其在航天器上应用提供参考。方法采用刮涂法制备石墨烯薄膜,将石墨烯薄膜材料及石墨烯电阻传感器置于微波源原子氧设备内开展原子氧试验,原子氧剂量分别为3.0×10^20 atoms/cm2和7.5×10^20 atoms/cm^2,研究薄膜表面形貌、结构、成分及电阻性能的变化。结果采用刮涂法可制备氧含量较低的石墨烯薄膜,原子氧剂量为7.5×10^20 atoms/cm^2情况下,石墨烯薄膜的厚度损失为5.3μm,原子氧反应率为7.14×10^-25 atoms/cm^3。原子氧作用后,石墨烯薄膜中碳原子无序程度增大,C—O、—COOH官能团含量降低,C=O官能团含量增加。石墨烯电阻传感器的R0/R比值随原子氧剂量增加线性降低,0.8μm厚度薄膜可探测最大原子氧剂量为5×10^19 atoms/cm^2,增加薄膜厚度有望提高传感器的使用寿命。结论得到了石墨烯薄膜厚度损失、原子氧反应率、微观结构及电阻特性的变化规律,可为石墨烯薄膜的空间应用提供技术支撑。