限域结构纳米复合材料及其吸附性能研究进展

纳米材料因其比表面积大和表面活性高，在水处理领域表现出了极具潜力的发展前景。利用空间限域结构来固定和分散纳米材料可有效解决纳米材料易团聚失活、操作分离困难和潜在环境风险等问题。文章综述了具有限域结构的纳米复合材料制备方法及其对水中污染物吸附性能的研究进展，从限域空间内纳米颗粒的尺寸调控与污染物的富集、限域空间中特异性的污染物分子结构和纳米材料晶体结构等多方面详细分析了纳米限域效应的环境行为及其对水环境中污染物去除的重要意义。根据分析可知，限域结构中的吸附机理、纳米复合材料在真实环境体系下的应用、材料的环境与健康风险等是未来该领域研究的重要方向和热点内容。     

纳米羟基磷灰石修复镉锌复合污染紫色土效果初探

选取安宁河谷平原矿区周边受Cd和Zn复合污染紫色土为研究对象,采用老化试验,探索添加羟基磷灰石对土壤中重金属生物有效性以及形态分布的影响,羟基磷灰石添加比例(w/w)设置为0%(CK)、1%(P1)、3%(P3)和5%(P5)。结果表明:①添加羟基磷灰石能够显著提高土壤p H值,P1、P3和P5的p H值分别比CK升高了0. 13、0. 18、0. 21个p H单位;②添加羟基磷灰石能够显著降低土壤有效态Cd和Zn (0. 025 M HCl提取),相较于CK,P1、P3和P5的有效态Cd含量可分别降低36. 0%、78. 8%、90. 2%,有效态Zn含量可分别降低25. 4%、67. 4%、84. 5%;③添加羟基磷灰石能够明显降低土壤中活性较高的可交换态和碳酸盐结合态Cd和Zn的比例(P 0. 05),明显升高了活性较低的铁锰结合态、有机结合态以及残渣态Cd和Zn的比例(P 0. 05),从而促进Cd和Zn向非活性态转化。本研究证明了羟基磷灰石在安宁河谷平原土壤重金属污染修复中有较大的应用潜力。     

纳米二氧化钛光催化氧化降解苯酚废水实验

开展实验室模拟苯酚废水的二氧化钛光催化氧化实验。结果表明：在苯酚废水曝气量为0～3L/min的条件下，随着曝气量的增大，COD去除率先增大后减小；初始浓度不变，光照时间为1h的条件下， 调节pH值在3～11，苯酚废水COD去除率随着pH值的增大而减小，当pH值为11时， COD去除率又开始增 大，酸性条件比碱性条件下COD去除率高；随着二氧化钛投加量的增加，COD去除率增大，当二氧化钛投加量 为10g/L时，COD去除率反而降低，二氧化钛最佳投加量为3g/L；随着苯酚废水初始浓度由75mg/L增加至300mg/L，COD去除率由78.2％降低到58.1％；反应温度的改变对COD和TOC的去除率没有影响。     

纳米氧化铝对斑马鱼幼鱼早期运动行为的影响

随着纳米技术的迅猛发展,纳米材料的安全性研究具有十分重要的意义。为探讨纳米氧化铝对斑马鱼幼鱼早期运动行为的影响,本研究将受精后6 h(6 hpf)的斑马鱼胚胎随机分成空白对照组(E3培养液)、纳米氧化铝组(12.5、25、50、100μg·mL~(-1))。采用6孔板染毒,每组160颗卵,共8个孔,每孔20颗卵/10 m L试液,染毒液更新周期为1 d。观察急性毒性和运动行为。结果显示,各纳米氧化铝组无明显的急性毒性;运动行为检测发现,25、50、100μg·m L~(-1)纳米氧化铝组受精后6 d幼鱼(6dpf)黑暗状态下的运动速度、运动距离、趋触性程度较空白对照组均显著下降(P0.05);在6 dpf幼鱼对强光刺激的惊恐逃避反射试验中发现,各组幼鱼在光照1 min内运动速度较光照前的黑暗期均明显下降(P0.05),但25μg·mL~(-1)和100μg·mL~(-1)浓度组在光照时速度下降得更慢(P0.05);关闭光源后,各组幼鱼的运动速度都会上升,但25μg·mL~(-1)和100μg·mL~(-1)浓度组在打开光源后速度上升得更慢(P0.05)。上述结果表明,纳米氧化铝可以影响斑马鱼幼鱼早期的运动行为。     

纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料协同微生物去除水中1,1,1-三氯乙烷

针对地下水1, 1, 1-三氯乙烷污染问题,通过溶液插层和液相还原法制备了纳米零价铁-聚乳酸-生物炭复合材料;采用扫描电镜观察、热重分析、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射分析等手段对复合材料进行了表征;研究了复合材料在厌氧条件下协同胞外呼吸菌(Shewanella oneidensis MR-1)去除水中1, 1, 1-三氯乙烷的效果;确定了材料的最佳使用条件;探讨了协同体系中污染物的去除机理。结果表明:复合材料中纳米零价铁和聚乳酸颗粒较为均匀地分散于生物炭表面;材料中生物炭、聚乳酸和纳米零价铁的最佳质量比为7∶1∶2,材料最佳投加量为1.0%,且其对不同浓度污染物均有明显去除效果;在最佳条件下,培养360 h后协同体系中1, 1, 1-三氯乙烷的最大去除率为94.61%;复合材料促进胞外呼吸菌的异化铁还原脱氯是协同体系去除污染物的主要机理。该铁基生物炭复合材料能够有效协同胞外呼吸菌提高水中1, 1, 1-三氯乙烷的去除率,且具有良好的缓释长效性。     

重金属-纳米颗粒联合毒性评价模型研究进展

基于单一污染物的毒性研究无法准确评估真实环境中多污染物共存的生态与健康风险,因此大量研究开始关注混合物联合毒性这一更具挑战性和现实性的课题.本文围绕当前毒理学领域的主要研究对象——重金属、纳米材料,综述了重金属混合物、纳米颗粒混合物、以及两者混合物的联合作用评价方法,包括基于重金属间无相互作用或相互作用可忽略的浓度加和(concentrationaddition,CA)模型、独立作用(independent action,IA)模型及其改进模型,基于生物生理过程的生物配体模型(biotic ligand model,BLM)、毒代-毒效动力学模型(toxicokinetictoxicodynamic,TK-TD)、动态能量平衡(dynamic energy budget,DEB)理论,基于颗粒物结构性质的定量纳米结构-活性关系(quantitative nano structure-activity relationships,QNAR,或nano-QSAR)模型等,介绍了各类模型的基本原理、适用条件和应用情况.最后对重金属-纳米颗粒联合毒性的未来研究方向进行了展望.     

基于蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO2材料去除水中三氯乙烯

针对硫化纳米零价铁(Fe/FeS)颗粒间的团聚以及环境适应性差的问题,用正硅酸乙酯(TEOS)为原料制备中空介孔氧化硅球,再通过化学反应在壳内形成大尺寸核的方法制备具有蛋黄-蛋壳结构的Fe/FeS@SiO_2材料以防止Fe/FeS的团聚并提高其活性,并将该材料用于三氯乙烯(TCE)的去除中;采用SEM和TEM观察、红外线光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)等分析方法对材料进行了表征。结果表明,在Fe/FeS@SiO_2材料还原降解TCE的实验中,Fe/FeS@SiO_2去除TCE的最佳铁与硫的摩尔比(铁硫比)为30,并且在TCE初始浓度10 mg·L~(-1)溶液中投加含有0.1 g Fe~0、铁硫比为30的Fe/FeS@SiO_2材料下,反应180 min后,TCE的去除率为90.75%,与未包裹氧化硅壳时的去除率(66.06%)相比,去除效果明显提高。介孔氧化硅壳阻止了Fe/FeS的团聚,其表面上的孔道使得材料具有更大的比表面积,加强了对TCE的吸附,同时材料中的空腔使得核与污染物的接触增加,提高了TCE的去除率。表征结果表明,Fe/FeS@SiO_2材料具有特殊的结构,包括中心核、空腔以及介孔壳,可以防止Fe/FeS的团聚。     

Ti3C2纳米层状材料对废水中Cr（Ⅵ）的光催化去除性能

以Ti₃AlC₂为原料,采用HF刻蚀工艺制备出12种Ti₃C₂纳米层状材料,对其形貌进行了表征,并考察了以其作为光催化剂对废水中Cr（Ⅵ）的处理效果。实验结果表明：HF体积分数为80%、刻蚀时间为48 h时得到的MX-80-48的形貌较好;MX-80-48具有类似石墨烯的二维层状结构,纳米层厚度约20~50 nm,孔径2~10 nm,比表面积14.8 m²/g,在400~700 nm可见光范围内表现出强烈的吸光性;当Cr（Ⅵ）的初始质量浓度为40.00 mg/L、MX-80-48投加量为200 mg/L、pH=2、反应时间4 h（暗反应1 h+光照3 h）时,Cr（Ⅵ）去除率可达100%。     

PNIPAm/PHEMA负载纳米铁去除水中4-NP的研究

采用SEM、EDS、XRD和称重法对聚(N-异丙基丙烯酰胺)/聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)-纳米铁(PNIPAm/PHEMA-n ZVI)材料进行了表征和性能测试;并研究PNIPAm/PHEMA-n ZVI在不同浓度、p H值和温度条件下对4-NP的去除效果。结果表明,温敏水凝胶载体具有较好的多孔贯穿结构,其孔洞直径为2~20μm;负载的纳米铁颗粒粒径为70~100 nm,纳米铁的负载量为0.154 5 g/g;低于17℃时PNIPAm/PHEMA平衡溶胀比均在20左右,当温度从25℃升高到32℃时平衡溶胀比降至2左右。采用0.3 g干凝胶制备的PNIPAm/PHEMA-n ZVI,在18℃、p H=5、振荡速度100 r/min条件下,处理100 m L质量浓度为400 mg/L的4-NP水溶液3 h后去除率达到100%;PNIPAm/PHEMA经过5次重复使用后,4-NP的还原去除率仍可达到80%以上;PNIPAm/PHEMA-n ZVI储存105 d以后,储存稳定性仍在75%以上。研究表明,该温敏性凝胶在负载纳米铁方面是一种很好的载体,在去除硝基苯酚方面有实际应用潜能。     

聚苯乙烯/CdS/TiO_2双壳层核壳纳米颗粒可见光催化降解甲基橙

采用溶胶-凝胶法,在聚苯乙烯(PS)/CdS核壳纳米颗粒表面包覆致密TiO_2层,制备出具有双壳层结构的PS/CdS/TiO_2纳米复合颗粒,考察了制备条件对材料结构的影响,并利用甲基橙溶液对其光催化性能进行了评价。SEM、TEM、XRD和FTIR分析结果表明,制得的微球单分散性良好,壳层包覆完整,厚度均匀。PS/CdS/TiO_2制备的适宜反应时间为12~18 h,适宜反应pH为7~9。PS/CdS/TiO_2较PS/CdS具有更为优异的可见光催化性能。