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.     

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.     

氧化石墨烯对聚合酶链式反应扩增效率、灵敏度和特异性的影响

以人类基因组DNA和志贺氏菌粗制裂解菌液为模板,扩增115 bp的Alu基因片段和402 bp的ipaH基因片段.通过设置氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)和模板的浓度为变量,分别研究了氧化石墨烯对聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)扩增效率和灵敏度的影响;运用多轮PCR扩增方法研究了氧化石墨烯对聚合酶链式反应扩增特异性的影响.结果显示,氧化石墨烯有效提高PCR扩增效率的范围为9—14倍,提高PCR灵敏度一个数量级以及增加多轮PCR扩增中的两轮扩增反应.从原子力显微镜(Atomic force microscope,AFM)的结果可以看出,本文制备的氧化石墨烯片层厚度主要集中在0.5—0.8 nm,少数大于1 nm,总体具有较大的比表面积.除此之外,本文还发现当氧化石墨烯浓度到达μg·μL~(-1)后,引物二聚体与氧化石墨烯的浓度呈正比,说明氧化石墨烯优化PCR的主要影响因素是其与引物的相互作用.     

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.     

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.     

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.     

氧化石墨烯氧化程度对磷酸铋/石墨烯复合气凝胶光催化活性的影响

三维网络结构磷酸铋/石墨烯复合气凝胶(BiPO_4/GA)可用于有机污染物的吸附富集和原位光催化协同净化.本文采用SEM、FTIR、XRD和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)系统表征了氧化石墨烯(GO)及其氧化程度对BiPO_4/GA复合材料的形貌、结构、光吸收和光催化性能的影响.氧化程度较高的GO呈棕色,易与BiPO_4形成气凝胶,且BiPO_4纳米棒均匀分散在石墨烯层上.而氧化程度较低的GO颜色较深,合成的BiPO_4/GA复合材料难以保持气凝胶形状.高氧化程度BiPO_4/GA复合材料对苯酚和亚甲基蓝(MB)的降解率分别约为低氧化程度BiPO_4/GA的1.88倍和2.34倍.研究结果表明,通过提高复合材料制备原料GO的氧化程度,可以显著提高BiPO_4/GA气凝胶的光催化活性.光催化机理为BiPO_4/GA气凝胶表面吸附富集有机污染物,光生电子从BiPO_4转移到石墨烯层,并通过催化剂上产生的空穴及超氧自由基(·O_2~-)进行有机物的有效氧化降解.     

氨基化氧化石墨烯(AGO)的制备及其对六价铬的吸附机制

以乙二胺盐酸盐(EDH)为改性剂改性氧化石墨烯(GO),水热法制备氨基化氧化石墨烯(Amino-functionalized;graphene;oxide,AGO).SEM、XRD、FTIR和Zeta电位表征分析发现,AGO表面含有羟基、羧基及氨基基团,Zeta电位为pH=10.14.以水中低浓度六价铬Cr(Ⅵ)为污染物,探讨了乙二胺盐酸盐(EDH)用量、pH、AGO用量、Cr(Ⅵ)初始浓度以及常见干扰离子对AGO吸附Cr(Ⅵ)影响.结果表明,在pH=6.0、7-AGO用量为0.8;mg·L^-1和Cr(Ⅵ)初始浓度为2.0;mg·L^-1,7-AGO对Cr(Ⅵ)去除率可达95.1%;SO₄^2-会明显抑制AGO对Cr(Ⅵ)的吸附.AGO对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合二级动力学模型,吸附机制主要为静电作用.     

pH值和离子强度对胡敏酸与芘之间相互作用的影响

本文采用荧光猝灭法研究了不同pH值和离子强度下胡敏酸与芘的结合常数(Kdoc)的变化,并结合芘的特征参数,I1/I3和原子力显微镜图像进行了分析.结果表明,离子强度对Kdoc数值的影响在不同pH值条件下呈现不同的规律.酸性和碱性条件下,Kdoc随着离子强度的增大逐渐减小;而在中性条件下,Kdoc值随离子强度的增大,先增大后减小.     

腐殖质在蛭石上的吸附特性

为进一步揭示可溶性有机质在黏土矿物上的迁移转化规律,运用高效体积排阻色谱、1H核磁共振光谱、紫外可见光谱、傅里叶变换红外光谱以及X射线光电子能谱等多种技术综合分析富里酸和胡敏酸在蛭石上的吸附行为。结果显示,由于不同官能团与蛭石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中产生组分分级,较大尺寸的分子组分被优先吸附,而低分子组分则滞留在溶液中。元素分析结果表明,胡敏酸的疏水性强于富里酸,其与蛭石的疏水性作用也更强。与富里酸相比,胡敏酸较大的平均分子量使得其在蛭石表面的铁吸附位点有空间位阻效应。当腐殖质质量浓度高于20 mg·L-1时,空间位阻效应以及芳香性官能团和铁离子间的电子传输作用使得蛭石对分子尺寸更小的富里酸的吸附量更大。蛭石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH值升高,说明发生了配体交换反应。溶液pH值升高和离子强度降低能够增大蛭石与腐殖质之间的静电斥力,从而降低蛭石对富里酸和胡敏酸的吸附量。     

Sb(Ⅲ)在蒙脱土、高岭土和针铁矿表面的吸附:pH值和离子强度的影响

研究蒙脱土、高岭土和针铁矿在不同pH值与离子强度的条件下对Sb(Ⅲ)的吸附及解吸行为.结果表明,随pH值的升高,Sb(Ⅲ)的吸附减弱,离子强度对Sb(Ⅲ)在三种矿物表面的吸附影响较弱,而矿物表面吸附的Sb(Ⅲ)不易解吸.三种矿物对Sb(Ⅲ)的吸附能力差别较大,蒙脱土的吸附量远大于针铁矿和高岭土,针铁矿的吸附量稍高于高岭土.     

黑曲霉吸附弱酸性艳蓝RAWL机理研究

考察了黑曲霉对染料吸附性能的pH响应模式,红外光谱表征了菌体表面的主要官能团组成,化学修饰定量研究了不同官能团的染料吸附贡献.结果显示,在低pH条件下,菌体表现出最优的染料吸附特性:随着pH值由2.0升至6.0,染料吸附量由39.6mg/g降至9.3mg/g.菌体表面含有氨基、羧基和磷酸根.高pH下,羧基和磷酸根电离导致菌体表面带负电并与染料发生静电斥力,使得染料吸附量下降;低pH下,氨基的质子化使得菌体带正电并通过静电吸引提高染料吸附.甲基化氨基在酸性条件下仍然可以质子化,故氨基甲基化修饰后染料吸附性能不变;乙酰化氨基在酸性体系中失去质子化能力,乙酰化修饰菌体染料吸附性能下降51.6%.氨基质子化引起的菌体正电性和染料负电性之间的静电引力是染料吸附的重要机制.图6参10     

氧化石墨烯表面吸附态Pb(Ⅱ)在弱碱性环境中的解吸附特征

基于氧化石墨烯(graphene oxide,GO)的材料构成特征及其环境应用,通过人工配制弱碱性(碳酸氢钠)地下水,研究GO表面含氧基团在碱度胁迫下的变化及吸附态Pb(Ⅱ)的解吸附特征.结合在弱碱性条件下释放Pb(Ⅱ)的存赋形态,讨论被附Pb(Ⅱ)的GO吸附剂的环境稳定性.结果表明,NaHCO_3条件能诱发GO表面氧化碎片(oxidative debris, OD)的剥落,剥落过程在20 h后达到平衡;吸附Pb(Ⅱ)的GO-Pb进入人工配制弱碱性地下水环境后,表面吸附态Pb(Ⅱ)随OD的剥落,以OD-Pb(Ⅱ)络合物的形式进入水相,并保持稳定的分散状态.OD-Pb(Ⅱ)的粒径在10 nm左右,因此强化了Pb(Ⅱ)在地层中的迁移能力,进而加剧GO-Pb(Ⅱ)进入水环境后的二次污染风险.     

离子强度对吸附影响机理的研究进展

本文介绍了水溶液中离子或分子的水合、吸附剂表面的双电层模型以及内层与外层表面络合物,在此基础上讨论了离子强度对吸附的影响.一般来说,溶液的离子强度增大时,吸附质与吸附剂之间的静电作用减弱,疏水作用增强,络合作用变化不大.电解质离子能通过与吸附质离子产生离子交换竞争、对吸附质产生盐析或盐溶效应、改变溶液中大分子吸附质分子的大小、与吸附质离子形成离子对等方式影响吸附。     

氧化石墨烯纳米材料的制备及其对Eu(Ⅲ)吸附性能

通过改良的Hummers法制备了氧化石墨烯纳米材料,用于水中核素的吸附.通过调节氧化剂用量,改变了氧化石墨烯的微观结构进而获得了良好的核素吸附性能.研究发现随着氧化剂用量的提高,氧化石墨烯结构的无序度逐渐增大,结构层缺陷增多,晶面间距增加,微晶尺寸减少,氧化石墨烯片层出现褶皱.静态单核素吸附实验表明,氧化石墨烯对核素有着良好的吸附效果,高氧化度的氧化石墨烯纳米材料对Eu(Ⅲ)的吸附性能良好,最大吸附容量为76.46 mg·g~(-1),吸附规律更接近于Langmuir模型.此外,本文还对氧化石墨烯的吸附动力学、固液比影响进行了研究.研究结果表明,氧化石墨烯在核电厂放射性废水的处理方面具有广阔的应用前景.     

氧化石墨烯复合膜在水处理中的应用研究进展与展望

氧化石墨烯(GO)复合膜基于良好的亲水性、丰富的官能团、较大的比表面积及化学稳定性等优异性能在膜分离领域备受关注。该文综述了GO复合膜的制备方法,包括真空过滤法、旋涂法、层层自组装法、掺杂法和共混法等,介绍了其在微污染水体和工业废水深度处理领域的研究进展,探讨了GO复合膜对污染物的分离机理,并对其在水处理领域的应用前景和今后的研究方向进行了展望。     

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。     

pH、离子强度及电解质种类对纳米氧化锌聚集和溶解的影响

本文初步探讨了不同pH、离子强度及电解质种类对纳米氧化锌(ZnO NPs)稳定性(聚集沉降和溶解)的影响.沉降实验表明,pH越靠近零电荷点(~pH9.2),ZnO NPs聚集体尺寸越大,沉降速度越快,稳定性越低;中性pH条件下,随着离子强度的增加,ZnO NPs ζ电位绝对值减小,聚集体尺寸相应变大,沉降速度加快,稳定性降低.中性pH时ZnO NPs ζ电位为正值,阴离子较阳离子更易使ZnO NPs聚集沉降,且SO2-4的影响远大于Cl-.溶解实验显示,pH2—11,Zn2+都会释放到溶液中,pH>7.5,ZnO NPs溶解量<5%;pH<6,超过60%的Zn2+释放到溶液中.中性条件下,离子强度越高,ZnONPs越易溶解,且Ca2+对纳米氧化锌溶解的促进作用强于Na+.这表明离子对纳米氧化锌溶解的促进可能源于阳离子与颗粒表面的离子交换机制.     

氧分子在碳纳米颗粒表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论,模拟了氧分子在3种典型碳纳米颗粒(富勒烯、碳纳米管和石墨烯)表面的吸附,计算了氧分子垂直和平行吸附于碳纳米颗粒表面的吸附能和吸附距离,确定氧分子在六元环中心平行吸附为最稳定构型.氧分子在3种碳纳米颗粒表面的吸附作用受到碳纳米颗粒的曲率和表面电荷分布的影响,吸附作用力大小顺序为石墨烯富勒烯碳纳米管.电荷分布结果表明,氧分子在碳纳米管、石墨烯表面吸附时无显著的电荷转移,而富勒烯与氧分子之间有部分电荷(0.21e)转移.     

污泥基活性炭表面官能团对其催化臭氧氧化活性的影响

对比考察了污泥基活性炭(SCAC)与3种商品活性炭表面官能团的种类、含量及其催化臭氧氧化去除对氯苯甲酸(p-CBA)效能的差异.同时采用(NH4)2S2O8和NaOH分别对SCAC表面进行酸、碱改性处理,探讨SCAC表面官能团对其催化臭氧氧化活性的影响.结果表明,SCAC表面酸性和碱性官能团含量均高于3种商品活性炭;SCAC和商品炭的加入对臭氧氧化去除p-CBA的效果均起到了促进作用,其中SCAC催化臭氧氧化效果最为明显.反应1.0 min时,p-CBA的去除率由单独臭氧氧化时的26.1%提高到60.2%.经(NH4)2S2O8和NaOH处理后,两种改性SCAC对p-CBA的催化氧化去除效果差异明显,NaOH改性后的SCAC表面碱性官能团丰富,其催化臭氧氧化去除p-CBA的效果得到加强,而经过(NH4)2S2O8改性的SCAC催化效果则有所下降.活性炭催化臭氧氧化反应Rct值([·OH]/[O3])计算结果进一步证明,SCAC表面的碱性官能团是其催化臭氧反应的主要活性位点,可以促进臭氧分子向·OH的转化.