单宁酸和没食子酸对纳米碳管悬浮的影响

以单宁酸(TA)和没食子酸(GA)为模型悬浮剂,探讨悬浮剂分子大小、空间结构及憎水性等对CNTs悬浮的影响.结果表明,在低吸附量下,TA具有较强的悬浮CNTs的能力,而高吸附量下,GA悬浮CNTs能力更强.含氧量高的CNTs表现出更好的悬浮性能.尽管悬浮剂的吸附量影响了CNTs的悬浮,但悬浮剂的分子结构、空间构象及化学性质等可能才是控制CNTs的悬浮的主要因素,同时,CNTs本身的化学性质也对悬浮起着重要作用.     

碳纳米管吸附能力的神经网络理论模型

为了研究碳纳米管吸附环境有机污染物的平衡常数与分子结构之间的定量结构-性质相关关系,基于分子结构及邻接矩阵,计算了59种芳香化合物的分子连接性指数、分子形状指数和电性拓扑状态指数,建立了这59种有机污染物分子在碳纳米管上的吸附能力与~0χ、~3χ、~4χ、~4χ_(pc)、K_2、K_4、I_7、I_9、I_(16)共9种指数的定量结构-性质相关性(QSPR)模型.将上述9种结构参数作为BP神经网络方法的输入神经元,采用9∶3∶1的神经网络结构,获得了令人较为满意的QSPR预测模型,模型的总相关系数R分别为0.976和0.979,利用模型计算得到的吸附能力预测值与实验值(lg K∞、lg KSA,∞)的平均误差分别为0.15和0.14,两者吻合度较好.结果表明芳烃化合物在碳纳米管上的吸附能力与9种结构参数之间有良好的非线性关系,研究对评价芳烃化合物在生态环境中的危险性具有现实意义.     

天然有机质模型化合物在无机矿物表面的吸附

天然有机质(NOM)在全球碳循环中扮演重要角色,而无机矿物对有机碳稳定具有重要作用.本实验以Fe2O3(纳米和微米颗粒)和高岭土为吸附剂,探讨复杂多组分NOM模型化合物(单宁酸、没食子酸、富马酸钠和油酸钠)在无机矿物表面的吸附稳定机理.结果表明,4种不同性质的模型化合物在矿物表面均呈现明显的非线性吸附.纳米氧化铁较大的比表面积能够提供更多的吸附位点,有利于其对模型化合物的吸附,但是其比表面积的有效性最低,显示其极大的吸附潜力.不管是芳香性还是脂肪性化学物质,大分子模型化合物的吸附显著高于小分子模型化合物,说明NOM的模型化合物中大分子组分更倾向于吸附在无机矿物表面,这一现象提示NOM在无机矿物表面发生选择性吸附时,有可能优先吸附大分子组分.     

不同分子量天然有机质和电解质对碳纳米管稳定性的影响

以多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)为对象,研究不同分子量分布区间天然有机物(natural organic matter,NOM)和电解质对MWNTs在水中凝聚及分散行为的影响.结果表明,低分子量(1 k Da)有机物是NOM的主要构成部分,随着分子量的增大NOM的芳香性增强.电解质投加可通过压缩双电层作用引起水中的MWNTs的凝聚,凝聚过程符合经典DLVO理论.在低电解质浓度条件下,NOM可通过空间位阻作用抑制MWNTs凝聚;且随分子量增大,NOM抑制作用越强.而在高电解质浓度条件下,高分子量(100 kDa)NOM可强化凝聚发生.不同分子量区间NOM将通过不同机制影响碳纳米材料在水中的凝聚.     

离子型表面活性剂对菲在碳纳米管上吸附的影响

采用批量实验法,研究了菲在碳纳米管上的吸附以及阴/阳离子表面活性剂,十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十二烷基三甲基氯化铵（DDTMA）对菲吸附的影响.菲在单壁碳纳米管和多壁碳纳米管上吸附符合Freundlich等温线,n值分别为0.24和0.37,呈高度非线性;lgKF值分别为7.34和6.41,比一般土壤有机质吸附能力高出2个数量级以上,并且单壁碳纳米管对菲的吸附能力强于多壁碳纳米管.总体上,SDBS和DDTMA对菲在碳纳米管上的吸附均表现为抑制作用,抑制程度随表面活性剂浓度增加而增加,随菲浓度增加而减弱.但是当DDTMA浓度较大时（1000 mg.L-1）,对于菲在吸附能力较低的多壁碳纳米管上的吸附的抑制程度降低;特别是当菲浓度较大时,对菲的吸附反而有促进作用.这是因为DDTMA在碳纳米管表面形成的类（混合）胶束结构对菲的吸附促进作用部分抵偿（或超过）了其占据多壁碳纳米管表面的吸附抑制作用.     

天然碳质吸附剂对典型有机污染物的吸附机制研究进展

综述了天然碳质吸附剂(carbonaceous geosorbent,CG)的分类、来源、基本性质及对典型有机污染物的吸附机制与特点,涉及的有机物污染物涵盖了多环芳烃、多氯联苯、多溴代二苯基醚、农药及抗生素等多种门类,包括极性、弱极性、非极性及离子型等多种化合物,具有较广泛的代表性.CG类物质与有机化合物间的分子间作用力(范德华力)对吸附作用有重要贡献,但这种分子间作用力会受到CG性质(如孔隙结构、特征基团等)和吸附质分子特点(如分子构型、官能团)的影响.深入了解CG对典型有机化合物的吸附机制及其影响因素对污染土壤环境风险评估和污染土壤修复具有重要意义.     

采用HRMS结合~(13)C-同位素比值技术探究水环境中新兴污染物的归趋和转化机制

新兴污染物(ECs)释放到水体中能够对野生物种和人群健康构成潜在隐患.天然有机质(NOM)含有羟基、氨基、羧基和醌基等活性官能团,可参与水体中天然酶介导的酶催化氧化腐殖化反应(ECOHRs),并通过自由基耦合机制与ECs形成共价结合产物.该过程不仅降低了ECs的生态毒性,也增加了水体中有机碳、氮储备.然而,如何分析和鉴定ECOHRs中ECs和NOM分子之间形成的共价结合产物已经成为限制研究者阐明ECs在天然水体中迁移和转化机理的瓶颈.本文综述了天然水体中ECs的来源、污染现状、分布特征和生态毒理学效应,明确了ECOHRs对ECs生物有效性和转化行为的影响,重点利用高分辨质谱(HRMS)结合~(13)C-同位素比值技术分析和鉴定了ECs和NOM分子之间形成的共价结合产物.该方法主要通过精确的分子量、同位素标记差值和相对强度比值,从水环境中筛选出ECs和NOM分子之间所有可能存在的共价结合产物,为深入阐明ECs在天然酶介导ECOHRs中的归趋和转化机理提供了理论支持和技术保障.     

全氟化合物在阳离子表面活性剂改性碳纳米管上的吸附

采用两种阳离子表面活性剂,四丁基溴化铵(TBA)及聚乙烯亚胺(PEI)对碳纳米管进行改性,并研究了全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸盐(PFOS)、全氟己烷磺酸盐(PFHxS)在改性碳纳米管上的吸附行为.研究结果显示,除PFOS在TBA修饰的碳纳米管(TBA-MWCNTs)上的吸附等温线呈线性外,全氟化合物在原碳纳米管(Pri-MWCNTs)、TBA-MWCNTs及PEI修饰的碳纳米管(PEI-MWCNTs)上的吸附均为非线性.吸附等温线可以用Freundlich及Langmuir模型拟合.与Pri-MWCNTs相比,PEI-MWCNTs的零电荷点(pHzpc)增加了6.2个单位,全氟化合物的吸附系数Kd值增加2—3倍;而TBA-MWCNTs的pHzpc增加了1.0个单位,PFOS在高平衡浓度下的Kd值增加了两倍.随着溶液pH值的降低,全氟化合物在Pri-MWCNTs和PEI-MWCNTs上的吸附量有所增加,而在TBA-MWCNTs上的吸附受pH值的影响不大.这说明疏水作用及静电作用是全氟化合物在Pri-MWCNTs和PEI-MWCNTs上吸附的主要机制,而疏水作用则为TBA-MWCNTs上吸附的主要机制.与单溶质体系相比,PFOS与PFOA同时存在时二者在PEI-MWCNTs上吸附的Kd值均有所减小,且PFOA的减小程度大于PFOS.PFOS在TBA-MWCNTs上吸附的Kd值在高浓度下几乎不受PFOA的影响.     

氧氟沙星在不同性质碳基吸附剂上的吸附动力学特征

本研究探讨用香蕉皮和玉米芯两类生物质制备的生物炭、多壁纳米碳管(CNTs)和活性炭(AC)对氧氟沙星(OFL)的吸附动力学过程.结果表明,吸附动力学过程符合双室一级动力学模型.OFL在两类生物炭上的吸附能力随炭化温度的升高而减弱,归因于生物质炭化程度的增大,芳香性增加,生物炭有机分配相减少.生物炭的O含量极大地影响了其与水分子之间形成水膜的能力,OFL穿透水膜在生物炭表面上的吸附过程成为控制OFL吸附快慢的关键环节.OFL在CNTs和AC的快室吸附比在生物炭上的先趋于平衡,这可能与CNTs和AC较为单一的表面性质有关.CNTs的慢室吸附比AC的慢室吸附需要更长时间达到平衡,主要原因是随着OFL分子在CNTs表面持续吸附,原先由于疏水性作用聚合在一起的CNTs逐渐分散开,暴露出更多的表面积,导致OFL持续的吸附,在动力学上表现为慢室吸附.此外,单位比表面积上CNTs对OFL的吸附量最高,表明如果能够使CNTs充分分散,大量暴露的表面可能使CNTs成为去除有机污染的高效吸附剂.     

含特殊官能团有机物分配系数预测的多参数线性自由能关系(PP-LFERs)研究

利用多参数线性自由能关系(PP-LFERs)模型预测有机物的有机碳-水分配系数(Koc)是一种高效经济的估算方法.基于广泛收集的文献中165种(18类)化合物的lg Koc和分子结构参数(E、S、A、B、V)值,通过多元线性回归方法,用建模组132种化合物构建了两种预测多种类有机物lg Koc的PP-LFERs模型:EV模型和简化的V模型.它们的复相关系数分别为0.92和0.87,标准误差分别为0.37和0.49.用验证组33种化合物对模型进行了验证的结果表明,两种模型均具有较好的预测性和稳健性.在数据集中包括有8种典型的高氟和硅氧烷类化合物,对于硅氧烷类化合物,EV模型和V模型的实测值和预测值的均方根误差分别为0.38和0.16;对于高氟类化合物,两模型的均方根误差分别为0.66和0.75,说明了模型对这两类化合物预测的准确性.最后,从分子间作用力角度分析了有机物的吸附机理,得出空穴作用和色散作用是非极性化合物吸附的主要动力,而在极性化合物中,空穴作用和氢键作用最为显著.     

饮用水中挥发性有机物结构与色谱保留时间的关系

将有机化合物分子中的非氢原子分为4类,将不同非氢原子自身及非氢原子之间的关系作为结构描述符,对部分饮用水中挥发性有机物分子结构进行了参数化表达.采用逐步回归(SMR)与偏最小二乘回归(PLS)相结合的方法构建了化合物结构与色谱保留时间(t_R)之间的关系模型,模型的建模相关系数(R~2)为0.955,"留一法"交互检验的相关系数(Q~2)为0.894,标准偏差(SD)为0.803.结果表明结构描述符能较好地表征化合物分子结构特征,所建模型稳定性好、预测能力强,对于挥发性有机污染物QSRR研究具有一定的参考价值.     

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.     

腐殖酸对巯基功能化离子印迹聚合物吸附Cd~(2+)的增效作用

复合污染条件下共存的有机物可能对水溶液中重金属的吸附去除产生抑制作用,作为天然水体中有机物的代表,腐殖酸(Humic acid,HA)对水体中重金属的迁移转化等具有极其重要的影响.采用表面印迹法合成了巯基功能化离子印迹聚合物IIP-MPTS/SiO_2,利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)等方法对其进行了表征.以HA作为共存有机物,以IIP-MPTS/SiO_2作为吸附剂,研究HA对IIP-MPTS/SiO_2吸附去除水体中Cd~(2+)的影响.HA与Cd~(2+)相互作用的紫外吸收光谱表明,基于Cd~(2+)浓度的HA分子聚合增强作用,增大了分子体系的共轭程度,使紫外光谱吸收峰红移;溶液离子强度的增大也促进紫外光谱吸收带的红移和吸收强度的增大.吸附实验表明,Cd~(2+)在IIP-MPTS/SiO_2上的吸附容量随溶液pH值(2.00—8.00)的升高而逐渐增大;共存HA对Cd~(2+)在IIP-MPTS/SiO_2上的吸附具有增效作用,但降低了吸附反应速率;吸附行为符合拟二级动力学模型,吸附等温线可以用Langmuir模型描述;吸附过程为自发吸热反应,HA的存在增大了吸附反应的自发程度,吸附能垒降低.结合XPS分析结果,推断共存HA促进Cd~(2+)吸附的原因是,HA作为配位体桥梁而形成IIP-MPTS/SiO_2-HA-Cd~(2+)稳定的三元配位化合物,通过富集而促进Cd~(2+)的吸附.     

磺胺甲恶唑对磷酸盐在纳米碳管上吸附的影响

在不同p H下,以纳米碳管(CNTs)为模型吸附剂,探讨磺胺甲恶唑(SMX)对磷酸盐吸附的影响机理.结果表明,磷酸盐在羧基化纳米碳管(MC)上的吸附明显受p H的控制,低p H下表现为高吸附,高p H下表现为低吸附,静电作用可能是控制磷酸盐吸附的主要机制;SMX的加入降低了CNTs对磷酸盐的吸附,归因于直接的点位竞争;由于SMX和磷酸盐形态的变化,可以通过电荷中和或排斥,改变磷酸盐与CNTs之间的静电作用,导致在不同p H下SMX表现出对磷酸盐不同的竞争能力.     

土壤有机污染物非理想吸附研究的理论与方法

应用于土壤中的有机农业化合物的归宿和生物有效性主要取决于它们与土壤组分的交互作用,而土壤有机质(SOM 的组分相当重要。虽然对SOM的吸附机理已经进行了多年研究,但在分子和微观水平上的研究甚少。文章根据国内外有关研究的最新进展,从理论和技术上分析并讨论了选择化合物的膨胀等温线法、电介质分光术(光谱学)、固态1H-和13C-核磁共振(NMR)和化学等几个全新的手段和方法在研究土壤有机质中有机污染物非理想吸附行为的非线性、复合化合物间的竞争以及滞后现象等基本原因的可行性,把温度和可以起到软化(塑化)剂的吸附分子的存在、含量及其结构之间的函数变化关系,做为研究SOM中化合物从玻璃质到橡胶质的转化过渡(transition)状态。该方面的研究结果将被广泛的应用于包括杀虫剂在内的非离子化合物上,并将进一步促进我们对SOM 中非理想吸附的基本机理和原因的理解。     

不同粒径沉积物对1,2,4,5-四氯苯的吸附/解吸特性

采用静态吸附实验,研究不同粒径沉积物的基本性质及其对1,2,4,5-四氯苯吸附/解吸性能的影响.结果表明,不同粒径沉积物所含天然有机质(NOM)质和量的不同,导致其对1,2,4,5-四氯苯吸附性能的不同.颗粒最细的沉积物因其主要结合聚合度较低的无定型腐殖物质,导致1,2,4,5-四氯苯吸附等温线的非线性程度最低,在沉积物上的吸附亲和力和吸附.解吸滞后现象也最弱.而颗粒最粗的沉积物因为含有一些煤炭和木炭等高比表面积的碳黑类物质,NOM聚合度较高,导致1,2,4,5-四氯苯吸附等温线的非线性程度最高,在沉积物上的吸附亲和力和吸附-解吸滞后现象也最强.而粒径中等的沉积物本身的性质和吸附性能介于颗粒最粗和最细的两种组分之间.     

XAFS技术在重金属界面吸附研究中的应用

X-射线吸收精细结构(XAFS)是同步辐射应用的最重要技术之一,可以在分子水平上研究重金属在天然颗粒物、土壤、沉积物及生物等界面上吸附的微观结构,为深入阐明同相表面重金属结合机制提供实验证据.本文综述了应用XAFS技术探讨矿物、腐殖质、植物组织和微生物等对重金属口发附机理的主要研究进展,并对XAFS技术在多相体系对重金属的界面吸附、生物体对重金属的耐毒机理等方面的可能应用进行了展望,以期为环境重金属污染的修复和治理提供基础资料.     

通讯

邻苯二甲酸酯在不同来源黑碳上的吸附特征研究黑碳是生物体或化石燃料不完全燃烧而产生的一种含碳的混合物,其结构致密,具有高度芳香化结构,在沉积物和土壤中广泛存在,并且作为一种吸附能力很强的有机碳组分受到人们的高度关注,成为当前研究的热点.但目前研究主要集中于黑碳对多环芳烃,多氯联苯等平面结构有机物的吸附,而有关非平面疏水性有机物在黑碳上吸附特性和吸附机理的     

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.     

饮用水中消毒副产物的消减措施

为了去除水中的病毒和细菌等有毒物质,在饮用水中添加氯是最常用的一种消毒方法.但是由于加入的氯会与水中的天然有机物(NOM)反应,产生包括三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)在内的各种氯化消毒副产物.这些消毒副产物的去除对饮用水的安全是一个值得关注的问题.