金属有机骨架材料吸附与荧光检测水中持久性有毒有机污染物的研究与应用

近年来,环境中的持久性有毒有机污染物(persistent toxic organic substances, PTOS)因具有毒性高、生物累积性、致癌致突变性和内分泌干扰等特性引起了广泛关注,但是其在水环境介质中含量低、可与其他物质发生相互作用、迁移转化能力强等特点为其高效分离去除和快速的痕量分析检测带来了挑战.因此,开发新材料、新技术、新方法用于水中PTOS的高效分离去除、建立其快速的痕量分析检测方法对于水环境保护、再生水安全利用以及PTOS的环境风险评价具有重要意义.相对于传统的吸附材料,金属有机骨架材料(metal organic frameworks, MOFs)由于其较高的孔隙率和比表面积,易调控的孔径,大量的活性位点、可功能化以及具有良好的发光特性等优点,在吸附去除和分析检测环境中PTOS表现出优异性能.本文综述了MOFs、功能化MOFs以及MOFs衍生物材料在水溶液中吸附去除PTOS的研究与应用进展,归纳总结相应的吸附机理,特别对如何通过功能化手段来提高MOFs材料对PTOS的吸附性能进行了讨论.同时,本文还对基于吸附的荧光传感方法检测PTOS进行了归纳总结,对未来MO...     

锆基金属有机框架材料对酸性水中甲萘威的吸附

对比分析了UiO-66、UiO-67和NU-1000等3种锆基金属有机框架(Zr-MOFs)材料在pH 3.0水溶液中对甲萘威的吸附特性.批量吸附试验结果表明,UiO-66、UiO-67和NU-1000对甲萘威均表现出高效的吸附性能,20 min内基本达到吸附平衡;等温吸附试验结果表明,吸附过程与Langmuir等温吸...     

有机无机杂化层状硫属化合物对水中六价铬的吸附

有机无机杂化层状硫属化合物[CH3NH3]2xMnxSn3-xS6·0.5H2O(x=0.5-1.1)(CMS)对水中Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性能.采用XRD、SEM、XPS、EDS等手段表征了 CMS吸附前后的化学组成、结构和微观形貌.CMS吸附Cr(Ⅵ)后导致层间距变大和颗粒表面变粗糙.考察了 pH、反应时间、反应...     

一种水热稳定的金属有机骨架UiO-66高效捕获水中磷酸盐的性能及机理

本研究采用溶剂热法制备了一种水热性能稳定的金属有机框架UiO-66,并系统考察了其对水中磷酸盐的高效捕获性能.通过表征手段证实,合成的UiO-66具有良好的晶型结构和极大的比表面积,且稳定性良好. UiO-66吸附磷酸盐的过程受pH影响明显,最佳吸附pH值介于5.5—7.0. Langmuir吸附等温模型对吸附过程拟合更好,饱和吸附量可达43.066 mg·g^-1,且由于吸附过程为化学吸附,主要依靠羟基的配体交换作用,因此温度影响不大.与商用阴离子吸附剂D201相比,高浓度背景离子的加入对UiO-66吸附过程无明显影响,表明UiO-66对磷酸盐具有优异的吸附选择性和高效捕获性能.伪二级动力学模型可以很好地描述UiO-66对磷酸盐的吸附过程.经过6次循环吸附-脱附,UiO-66仍能有效去除水中磷酸盐,并可通过DMF溶液超声解吸实现有效再生.结果表明,UiO-66作为一种新兴的吸附剂有望实现磷酸盐在水中的深度高效去除.     

共价三嗪有机框架材料对水中氯酚类污染物的光催化脱氯降解

利用共价三嗪有机框架材料(CTF-1)对4-氯酚(4-CP)、2,4-二氯酚(2,4-DCP)、2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)和五氯酚(PCP)等4种不同氯原子取代数目的氯酚类污染物进行光催化降解研究,探讨了底物结构对氯酚脱氯降解效率的影响及机制.结果表明,氯酚脱氯降解过程明显受苯环氯原子取代数目的影响,氯原子数目越多,脱氯降解效率越高,氯原子数目与表观速率常数呈显著正相关,氯酚降解及脱氯速率均为：PCP>2,4,6-TCP>2,4-DCP>4-CP.对CTF-1光催化降解氯酚机制研究表明,活性物种在反应中不起作用,体系反应机制为针对氯酚上取代氯位点进行水解脱氯过程.本研究结果为深入揭示氯酚脱氯降解机制提供了理论依据,也为光催化技术处理卤代酚类废水提供了技术参考.     

碳纳米管对污染物的吸附及其在土水环境中的迁移行为

碳纳米管具有独特的物理化学特性,对污染物具有优异的吸附性能,在环保领域具有巨大的应用潜力,因而吸引人们对碳纳米管吸附有毒污染物的行为和规律开展了大量研究.同时,碳纳米管特有的表面化学性质和结构特征,使得其自身的环境行为具有一定的风险性,对碳纳米管在水土环境中的迁移行为进行评价,是碳纳米管工程应用之前必须要解决的重要问题,相关研究也有一定程度的开展.本文从碳纳米管对环境污染物的吸附行为和相关机理以及碳纳米管在水土环境中的迁移行为方面进行了综述,阐述了这些研究对于评估碳纳米管的环境应用潜力、环境和生态风险所具有的意义.     

生物膜及其组分对4-氯酚的吸附速率研究

研究了４－氯酚在生物膜不同组分上的吸附速率特征．本实验中生物膜不同组分包括生长有生物膜外壳的模拟水体悬浮颗粒物(高岭土)、细菌细胞、胞外多糖、高岭土及有胞外多糖存在的高岭土５个部分．结果表明,生物膜及其不同组分均对４－氯酚发生吸附,以细菌细胞更为显著,但它们的时间动力学过程不同． 在所研究的５种吸附体系中,生长有生物膜外壳的高岭上体系较快地达到近平衡状态．并且吸附时间过程受ｐＨ值的影响．     

生物炭改性及其对污染物吸附与降解行为的研究进展

生物炭因其原料来源广泛、含碳量丰富、成本低等特点被广泛应用于污染环境修复领域.生物炭能否高效去除污染物的关键点在于生物炭所具备的理化性质.生物炭改性能促使生物炭理化性质改变(如比表面积增加、灰分含量降低、丰富表面官能团等),从而促进或抑制其对污染物吸附与降解行为.然而改性生物炭对污染物的吸附或降解行为受改性条件(物理、...     

渭河水中有机物在几种土壤中的吸附特性

通过批量实验研究了渭河水中有机物在几种土壤中的吸附行为，测得吸附常数，给出吸附等温线。对吸附等温线进行分析，发现已经吸附的有机物分子会影响土壤的吸附性质。同时数据的拟合表明，有机物在不同土样中的吸附行为均可用Freundlich方程描述。吸附常数和固相一水分配系数表明4种土样中河沙的吸附能力最强，进一步的实验发现这是由于河沙中已经吸附的有机物最少，吸附位相对多，造成吸附能力强。     

纳米颗粒与生物来源有机磷在水环境中的行为研究

随着纳米技术产业的快速发展,各种纳米颗粒(NPs)大规模生产,这不可避免地增加了NPs释放到环境、暴露于生态系统的可能性.有机磷是废水中磷的主要形式之一,是生物有效磷池和水体富营养化的重要组成部分.本文综述了近几年来NPs与生物来源有机磷在水环境中的反应机制、微观结构等方面的研究进展.文中按NPs的分类分别总结了NPs对常见的生物来源有机磷的吸附-解吸,溶解-沉淀等反应特性和微观机制.在水环境中,NPs因其物化特性受水化学条件(pH、天然有机质、温度)等影响,进而影响与有机磷的反应,从而表现出相应不同的环境效应.本文也对此方面的研究进行了讨论和总结.最后分析了目前纳米颗粒与有机磷在水环境研究中的瓶颈问题,并展望了未来需要开展的研究.     

Visible-light degradation of azo dyes by imine-linked covalent organic frameworks

Covalent organic frameworks(COFs) are nanoporous crystalline polymers with densely conjugated structures. This work discovers that imine-linked COFs exhibit remarkable photodegradation efficiency to azo dyes dissolved in water. Visible light generates different types of radicals from COFs, and superoxide radicals break N═N bonds in dye molecules, resulting in 100% degradation of azo dyes within 1 h. In contrast, these dyes cannot be degraded by conventionally used photocatalysts, for example, Ti...     

除草剂毒草胺在土壤中的吸附和淋溶特性

为研究毒草胺在土壤中的迁移特性,分别利用振荡平衡法和土柱淋溶法测定了毒草胺在不同土壤中的吸附和淋溶特性,并讨论了其影响因素.结果表明,毒草胺在3种供试土壤上的吸附特性能较好地用Freundlich吸附等温线拟合,吸附常数Kd为0.34—2.96 mg1-.nL.nkg-1,很难被土壤吸附,吸附与土壤有机质含量呈显著正相关.毒草胺在土壤中具有较强的淋溶性,淋溶速率：江西红壤〉太湖水稻土〉东北黑土,淋溶性强弱与毒草胺在土壤中的吸附性以及土壤粒径分布有关.     

Metal organic frameworks as adsorbents for dye adsorption: overview,prospects and future challenges

Considering the amount of colored waste water generated from many industries (textile, leather, paper, printing, dyestuff, and plastic) that are sent to various water bodies and the ecosystem, the search for efficient and better methods of purification still continues. With the recent research into metal organic frameworks (MOFs), there is a steady growing interest worldwide for their various applications. This article presents a review of MOFs, their application in dye adsorption and their various challenges and future prospects. It was concluded that with the current interest, research and development for various applications, there are possibilities which will bring to limelight more laboratory, industrial and environmental usage of MOFs as dye adsorbents.     

土壤有机质对诺氟沙星的吸附特征

通过对滇池泥炭土和周围表层土壤两种土样及由其分离出的胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)对诺氟沙星(NOR)的吸附特征展开研究.有机元素分析结果显示,滇池周边泥炭土含有非常丰富的碳资源.NOR在土壤及其组分中表现了显著的非线性吸附特征.相对于原始土壤和HM,HA组分对NOR表现了较强的吸附作用;而且,泥炭土与表层土相比,有机碳含量较高的泥炭土对NOR的吸附也相对较高;但是无机矿物对NOR的表观吸附有显著的贡献,因此应该避免用有机碳含量对吸附系数进行标准化.随着对HA的逐级萃取,NOR在HA上吸附的非均质性越来越强.     

纳米有机蒙脱土对六六六(HCHs)的吸附解吸特性

研究了α-、γ-、δ-HCH在纳米有机蒙脱土中的吸附/解吸行为及体系中Ca2+浓度变化对吸附解吸的影响.结果表明,24 h吸附/解吸均达到完全平衡,吸附动力学符合伪二级动力学方程.等温吸附实验表明,吸附机理复杂,为多分子层吸附,不能简单地采用Freundlich模型和Langmuir模型拟合;吸附等温线受体系中Ca2+浓度变化影响.解吸实验表明,HCHs初始浓度增加,纳米有机蒙脱土对HCHs的保持量呈上升趋势,对δ异构体的保持量最稳定;解吸滞后系数H小于0.7,吸附属于不可逆吸附,H也随Ca2+浓度变化而变化,但是3种异构体H的变化并不遵循单一的线性规律.     

黄铁矿对水体中腐殖酸的吸附特性

选择富里酸(fulvic acid,FA)和胡敏酸(humilic acid,HA)作为吸附对象,通过铁矿物吸附筛选实验,以黄铁矿(pyrite)为吸附剂研究其对水体中两种典型腐殖酸(humic acid)的吸附特性.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(IR)、纳米粒度及电位(Zeta)分析仪和比表面仪(BET)对黄铁矿进行组成及结构表征.考察了腐殖酸溶液p H、离子强度和温度等条件对黄铁矿吸附的影响.结果表明,黄铁矿是层状结构,吸附腐殖酸后,在黄铁矿表面形成了大小均匀的分子簇,且黄铁矿晶粒尺寸减小了约10 nm;黄铁矿对FA、HA的最大吸附量分别为11.8 mg·g-1和13.1 mg·g-1.随着p H增加,黄铁矿对腐殖酸的吸附量均表现为先增大后减小;离子强度(NaCl)对吸附的影响较小;随着温度升高,其吸附量不断增大.两种腐殖酸吸附数据与Langmuir吸附模型拟合良好且其吸附动力学规律均符合二级动力学模型,热力学研究表明,黄铁矿吸附两种腐殖酸均属于自发进行的吸热反应.     

可溶性有机物对土壤中主要有机污染物环境行为的影响

概括了环境中可溶性有机物的特点，并系统总结了当前国内外关于可溶性有机物对土壤中主要污染物环境行为的影响的研究进展。阐述了可溶性有机物对农药、多环芳烃在土壤中的吸附、解吸及分配等环境行为所起的作用。最后指出了该方面研究存在的问题及今后应加强的方向。     

Carbon nanotubes and cyclodextrin polymers for removing organic pollutants from water

Some organic compounds are major water pollutants. They can be toxic or carcinogenic even at low concentrations. Current technologies, however, fail to remove these contaminants to parts per billion (ppb) levels. Here we report on the removal of organic pollutants from water using cross-linked nanoporous polymers that have been copolymerized with previously functionalized carbon nanotubes. These novel polymers can remove model organic species such as p-nitrophenol by as much as 99% from a 10 mg/L spiked water sample compared to granular activated carbon and native cyclodextrin polymer that removed only 47 and 58%, respectively. These polymers have also demonstrated the ability to remove trichloroethylene (10 mg/L spiked sample) to non-detectable levels (detection limit <0.01 ppb) compared to 55 and 70% for activated carbon and native cyclodextrin polymers, respectively.