石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种新兴纳米材料,具有独特的电学和光学性质、超大的比表面积以及潜在的生物相容性,在材料和电子产业、能源、环境以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时,石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的生物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内,通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤;目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路,不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性,对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望,进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

CuxZn1-xS/RGO复合材料的制备及其光催化降解环丙沙星性能研究

通过一步水热法制备了光催化剂Cu_xZn_(1-x)S/RGO,实现了Cu_xZn_(1-x)S纳米颗粒的可控生长和氧化石墨烯(GO)还原的同步进行,并将所制备的Cu_xZn_(1-x)S/RGO用于环丙沙星(CIP)的催化降解研究.采用X-射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体-原子发射光谱仪(ICP-AES)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)、电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合物的组成形貌进行表征.结果表明,球状的Cu_xZn_(1-x)S颗粒成功负载在石墨烯表面.Cu~(2+)的掺杂增强了Cu_xZn_(1-x)S/RGO光催化剂在可见光范围的响应,石墨烯的引入抑制了Cu_xZn_(1-x)S纳米颗粒的团聚,提高了光催化性能.此外,Cu_(0.1)Zn_(0.9)S/RGO_(10)对CIP的降解速率分别是ZnS、Cu_(0.1)Zn_(0.9)S的8倍和4.4倍.     

磁性氧化石墨烯和磁性竹炭对Cr（Ⅵ）的吸附

制备了两种磁性碳基材料——磁性氧化石墨烯（MGO）和磁性竹炭（MBC）,并将其用于模拟含Cr（Ⅵ）废水的吸附。采用SEM,BET,FTIR技术对吸附剂进行了表征。表征结果显示：MBC具有与MGO相似的薄片层结构,且MBC的BET比表面积更大（为32.872 6 m²/g）,可为Cr（Ⅵ）提供大量的吸附位点。实验结果表明：向100 mL废水中加入20.0 mg吸附剂,在废水pH为1.0、吸附温度为30 ℃、初始Cr（Ⅵ）质量浓度为10.0 mg/L的条件下,MGO和MBC的平衡吸附时间分别为50,70 min,平衡吸附量分别为37.7,49.7 mg/g,吸附平衡时的Cr（Ⅵ）去除率分别为75.4%和99.4%;两种磁性材料对Cr（Ⅵ）的吸附均很好地符合Langmuir等温吸附模型;在酸性介质中,MGO和MBC的表面基团与HCr₂O₇^-和Cr₂O₇^2-之间有氢键作用。     

还原氧化石墨烯-TiO_2纳米管复合光催化剂的制备及其对CO_2的光催化还原性能

以石墨粉和纳米TiO2为原料,采用水热法合成了还原氧化石墨烯(RGO)-TiO2纳米管复合光催化剂。运用XRD,TEM,FTIR和UV-Vis DRS技术对该复合光催化剂进行了表征,并考察了其在模拟太阳光下催化还原CO2的活性。表征结果显示:尺寸均一的TiO2纳米管均匀生长在RGO片层表面;RGO的引入拓宽了TiO2纳米管的光响应范围。实验结果表明:TiO2纳米管与适量RGO复合后,光催化还原CO2的活性明显增强;在GO加入量(水热合成时GO质量占GO与TiO2总质量的百分比,GO质量以氧化石墨计)为5%、光催化剂加入量为1.5 g/L的最佳条件下,光催化剂的催化活性是复合前的4倍;RGO-TiO2纳米管复合光催化剂具有良好的重复使用性能。     

氧化石墨烯复合物对重金属废水中Ni~(2+)吸附效果的实验研究

正研究了氧化石墨烯复合物(MGO-SH)对含镍废水中Ni 2+的吸附性能。结果表明,MGO-SH吸附材料上有丰富的官能团,对Ni 2+有较强的吸附能力,去除率可达95%以上;较低Ni 2+初始质量浓度(≤25mg/L)下,吸附拟合结果与Freundlich吸附等温线模型较吻合;在采用该材料处理含Ni 2+工业废水时,应先将废水进行预处理,使Ni 2+低于25mg/L,再用MGO-SH吸附效果更佳。     

石墨烯复合物在痕量气体分子检测中的应用

综述了石墨烯复合物的种类、性能与制备方法,以及在痕量气体分子检测中的应用。石墨烯具有大的比表面积和独特的电学性质,对一些气体分子有很强的吸附能力,制作的传感器用于气体分子检测时灵敏度较高,但选择性较差。氧化石墨烯巨大的比表面积和表面丰富的官能团赋予的优异的复合性能,可提高传感器的检测灵敏度和选择性。     

氧化石墨烯复合气凝胶吸附油类污染应用的基础研究

油类污染对生态环境会造成严重且长期的影响,目前已成为世界性的挑战之一.在常用的处理方式中,原位燃烧易造成二次污染,生物修复手段往往是耗时的,而传统的吸油材料在应对高黏度的油污时具有较大的局限性.为此,本研究通过简单的60℃水热反应配合冷冻干燥,设计并制备了一种由氧化石墨烯和聚氨酯丙烯酸酯组成的复合气凝胶.利用SEM和拉曼光谱等技术表征了氧化石墨烯(GO)-聚氨酯丙烯酸酯复合气凝胶的微观结构和化学组成,结果表明氧化石墨烯成功嵌入到聚氨酯丙烯酸酯气凝胶中,且该复合气凝胶具有疏松多孔的结构.利用氧化石墨烯的光热效应,该复合气凝胶在光照下将太阳能转化为热能,降低油污的黏度,提升流动性,从而有效提高复合气凝胶对油污的吸附速率.在光照5 min条件下,该复合气凝胶可吸收约24倍自重的高黏度硅油.这项工作针对高黏度油污吸附的难点,设计了一种合成简便,具有一定应用价值的新型纳米复合气凝胶.     

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.