一维碳纳米管与金属氧化物材料研究

一维纳米结构是最吸引人的功能材料而被广泛关注.一维形态可以很容易地提高纳米结构的独特性能,使它们适合各种各样的应用程序,包括气体传感器、电致变色的设备、发光二极管、场发射器、超级电容器和纳米发电机.因此,目前已合成多种一维纳米结构形式的纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带等.本文主要介绍了一维碳纳米管与金属氧化物的性质与研究现状,探讨两种材料的优缺点以期进行互补修饰合成新型复合材料.     

碳基催化剂低温选择性催化还原氮氧化物的研究进展

氨选择性催化还原（SCR）技术广泛应用于固定源氮氧化物污染控制，该技术的核心是催化剂。目前，研制具有低温活性的催化剂是国内外该领域的热点。文章综述了活性炭、活性炭纤维、碳成型物为载体的催化剂，以氨为还原剂，低温选择性催化还原锅炉烟气氮氧化物（NOx）的研究现状，并对该技术的发展做了展望，特别提出了碳的另一同素异性体碳纳米管在低温选择催化还原NOx上的应用前景。     

多壁碳纳米管与镉复合污染对水稻生长的影响

选取水稻(Oryza sativa)为研究对象,采用营养液水培法,以营养液(0 mg·L~(-1) MWCNTs、0 mg·L~(-1) Cd~(2+))为参照,分析不同浓度梯度下多壁碳纳米管(MWCNTs)单一处理、MWCNTs与Cd~(2+)复合处理对水稻生长的影响.结果表明,MWCNTs单一处理中,水稻幼苗的生长与MWCNTs添加浓度呈明显负相关.低浓度的MWCNTs(1.5 mg·L~(-1))对水稻幼苗的生长产生抑制作用,较高浓度的MWCNTs(≥6.0 mg·L~(-1))会显著(P0.05)抑制水稻幼苗的生长.添加5 mg·L~(-1) Cd~(2+)会增强MWCNTs对水稻幼苗的生长抑制,当MWCNTs浓度从1.5 mg·L~(-1)上升到12 mg·L~(-1),单一处理组与复合处理组相比,水稻幼苗的根系活力分别下降6.4%、10.4%、24.4%和13.9%;水稻幼苗的叶绿素含量显著降低;复合处理组的水稻叶片的POD活性略高于单一处理组,分别高出11.0%、46.1%、5.6%、11.6%;水稻幼苗叶片气孔导度变小、胞间CO_2浓度升高、光合速率减慢.MWCNTs与Cd~(2+)对水稻幼苗的生长具有明显的协同抑制效应.     

2种类型多壁碳纳米管对蛋白核小球藻的毒理研究

碳纳米材料由于其具有优异的性能,得以广泛生产和使用,其不可避免会进入水环境中,对水生生态系统造成潜在影响。多壁碳纳米管(P-MWCNTs)和羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)作为纳米材料的典型代表,应用非常广泛,其潜在的环境效应受到人们越来越多的关注。为此,本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)作为受试生物,通过暴露实验,研究了P-MWCNTs和MWCNTs-OH对蛋白核小球藻的生物学效应。研究结果表明：1)当P-MWCNTs浓度≤10 mg·L-1、MWCNTs-OH≤20 mg·L-1浓度时对蛋白核小球藻生长未造成影响;2)暴露96 h后,当P-MWCNTs≤10 mg·L-1、MWCNTs-OH浓度≤20 mg·L-1时,蛋白核小球藻细胞可溶性蛋白质含量增加,当P-MWCNTs浓度≥20 mg·L-1、MWCNTs-OH浓度≥40 mg·L-1时,2种类型MWCNTs均对蛋白核小球藻造成毒性效应;3)随着2种类型MWCNTs浓度的增加,蛋白核小球藻细胞总抗氧化能力(T-AOC)值减少,蛋白核小球藻细胞丙二醛(MDA)含量显著增加,细胞的健康程度逐渐恶化,细胞结构受到严重损伤;4)MWCNTs-OH比P-MWCNTs具有更好的生物相容性。     

碳纳米管径向尺寸对碳纳米管自支撑膜孔隙结构及通量的影响

为了探索碳纳米材料膜在水处理中应用的可能性,本实验选取4种径向尺寸的碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs),采用压力辅助过滤技术制备CNTs自支撑膜.通过对CNTs自支撑膜的平均孔径、孔径分布及截留分子量(Molecular weight Cut-Off,MWCO)等进行分析,研究了CNTs径向尺寸变化对CNTs自支撑膜孔隙结构的影响.结果表明,CNTs的径向尺寸越小,制备得到的CNTs自支撑膜越趋向于形成小孔径的膜孔,且孔径分布更加均匀,孔隙面积比越高,膜的MWCO越小.单壁碳纳米管(Single-walled carbon nanotube, SWNT)与多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotube, MWNT)相比,前者更容易形成膜平均孔径更小且孔径分布更均匀的CNTs自支撑膜.膜通量测定结果表明,研究制备的CNTs自支撑膜的通量属于低压膜范围,通量在230～347 L·m~(-2)·h~(-1)·bar~(-1)之间.其中,虽然由径向尺寸较小的CNTs所制备的CNTs自支撑膜的平均孔径更小,但由于其具有更高的孔隙面积比和更小的膜厚度,其纯水通量相对高于由大径向尺寸CNTs制备的CNTs自支撑膜.     

硝基苯在碳纳米管修饰电极上的电化学行为及其分析应用

硝基苯在碳纳米管修饰电极上的电化学行为表明,硝基苯在-0.50V有一灵敏的还原峰,为硝基苯得到四个电子还原为苯胲所形成,电位继续负移,苯胲能继续还原为苯胺.在扫描速度为100mV·s-1,pH=5.0和富集时间为2min的条件下,-0.50V处的还原峰电流与硝基苯在1.5—150mg·l-1范围内线性关系良好,线性系数为0.99992,检测限为0.3mg·l-1.应用于实际废水中硝基苯的测定,相对标准偏差小于5%(n=10),相对误差为-5%— 5%.     

穿透式碳纳米管电极的制备及其高效降解水中抗生素的性能和机理

为实现水中四环素类抗生素的高效降解,本文设计开发了一种基于电活性碳纳米管(CNT)电极的穿透式电芬顿系统,采用水热法制得纳米铁和二硫化钼共修饰的CNT阴极材料(Fe-MoS₂@CNT),分析不同因素对电芬顿催化降解四环素性能的影响. 结果表明:基于改性CNT电极的穿透式电芬顿系统对四环素表现出良好的去除性能,电压和流速等对四环素的降解动力学具有显著影响. 该系统的最优试验条件:Fe掺杂量为0.3 mmol/L、外加电压为-2.5 V、流速为0.85 cm3/(min·cm2). 在最优试验条件下,反应60 min内四环素的降解率可达到95%,羟基自由基为主导的活性物种. 连续运行240 min后,该系统对四环素的降解率仍保持在85%以上,且在实际湖水环境水基质中对四环素降解率也可达到87.2%. 研究显示,Fe-MoS₂@CNT膜电极具有优异的催化性能及可重复利用性,可以高效降解水中四环素类抗生素.      

改性碳纳米管负载Pd基催化剂对二氯乙酸的催化加氢脱氯

以壳聚糖(chitosan,CS)为单体,采用表面沉积交联法对多壁碳纳米管(CNT)改性得到壳聚糖修饰的碳纳米管(CS-CNT).分别以CS-CNT和CNT为载体,用硼氢化钠还原法制备Pd/CNT和Pd/CS-CNT负载型催化剂.采用元素分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、透射电镜(TEM)、比表面积与孔径分布测定仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等对材料进行表征,并对二氯乙酸的液相催化加氢脱氯反应进行了研究.结果表明,与Pd/CNT相比,Pd/CS-CNT对二氯乙酸有更高的催化活性.此外,该催化加氢脱氯反应受溶液pH及催化剂表面Pd颗粒的影响.二氯乙酸的催化加氢脱氯反应符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明该反应过程由二氯乙酸在催化剂表面的吸附所控制.     

基于密度泛函理论模拟单壁碳纳米管对五种核酸碱基的吸附

基于密度泛函理论,模拟了单壁碳纳米管(SWNTs)对5种碱基的吸附作用.考察了SWNTs直径、电荷转移量、碱基最高占据分子轨道能(EHOMO)和最低未占据分子轨道能(ELUMO)与SWNTs吸附碱基的吸附能之间的关系.结果表明,随着SWNTs直径的增大,SWNTs吸附碱基的吸附能降低.SWNT(6,6)吸附5种碱基的最低吸附能Emin与由碱基转移到SWNTs的电荷转移量(Q)及碱基的EHOMO线性负相关,相关系数分别为-0.966和-0.804(P<0.05).吸附后SWNTs与碱基的前线轨道无重叠,且SWNTs电子结构未受影响,表明吸附行为属于物理吸附.