共价有机骨架复合材料去除水体中重金属离子的研究进展

共价有机骨架复合材料（covalent organic framework composites,COFs）是由轻元素C、O、N、B等以强共价键结合而成的一类具有二维或三维晶体结构的新兴多孔聚合物材料.由于它们具有孔道有序可调、比表面积大、孔隙率高、结构稳定及官能团丰富可进行后修饰等优点,在污染物吸附去除领域受到了广泛关注.本文总结了COFs复合材料的最新合成策略（"自下而上"、合成后修饰和混合合成策略）和COFs复合材料在水体中去除重金属离子方面的研究进展,并对其应用前景进行了展望.近年来,运用吸附方式从环境水体中去除重金属离子在环境治理领域颇受关注.COFs复合材料作为一种新型多孔结晶材料,具有优异的吸附性能,可从水溶液中有效去除重金属离子,因此具有广阔的应用前景.COFs复合材料吸附重金属离子的方式由化学吸附和物理吸附组成,且化学吸附占主导地位.现有的COFs复合材料合成方法因其存在时间较长、成本较高及产率较低等缺点,阻碍了其在环境分析领域中的实际应用,为增加效率、节约成本及实现工业化生产,迫切需要进一步开发合成COFs及复合材料的更多新方法.      

包覆型纳米铁的制备及其降解三氯乙烯的性能研究

采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)为聚合单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,通过微乳液原位聚合法制备包覆型纳米铁,采用XRD、FI-IR、TEM对其性能进行表征.结果表明:包覆型纳米铁(En-n ZVI)是在纳米铁颗粒(n ZVI)外层形成了稳定的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆层,包覆后的纳米铁粒径均一、不团聚,并能于空气中放置3 d以上而不被氧化,克服了纳米铁在空气中不能稳定存在的缺点.降解实验结果表明:该纳米材料能有效降解环境污染物三氯乙烯TCE,24 h去除率超过了92%,脱氯率达到90.0%.     

磁性吸附材料的制备及其在污水处理中的应用

磁性吸附材料是利用多种物理化学作用来处理水体中的无机污染物和有机污染物,其具有的磁性便于与污水分离,有利于集中处理污染物,具有快速、高效、可重复利用等优点。从Fe3O4磁性颗粒和纳米磁性粒子出发,对磁性吸附材料的制备以及其在污水处理中的应用研究进展进行综述,并对磁性吸附材料今后的研究方向进行展望。     

磁性纳米材料吸附处理工业废水的研究进展

介绍了磁铁矿、磁赤铁矿、MFe₂O₄型铁氧体等几种常见的磁性纳米颗粒及其制备和功能化方法,综述了磁性纳米吸附剂在重金属废水、染料废水、含油废水、含酚废水吸附处理中的新研究进展.根据研究过程中所存在的问题总结并展望了磁性纳米吸附材料的未来发展趋势,在今后的研究可从吸附剂的制备优化、吸附机理、实用性和再生回用等方面展开探究,以期发挥其在实际工业废水处理中的应用潜力.     

微波辅助合成γ-Fe2O3/花生壳磁性生物炭对水体中环丙沙星吸附的研究

基于化学共沉淀法,利用微波辅助成功合成了γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭复合材料.结果表明,微波辅助合成扩大了生物炭的比表面积和孔隙体积,提高了生物炭表面γ-Fe_2O_3颗粒的分散度.此外,微波效应使得γ-Fe_2O_3牢固地附着在生物炭表面并提高了吸附剂的磁性.在最佳pH=6.0的条件下,微波辅助合成的磁性生物炭对环丙沙星(CIP)的吸附量为8.30 mg·g~(-1),吸附量高于传统法制备的吸附剂(4.50 mg·g~(-1)).吸附过程受多重机制控制,5次循环实验证实由微波辅助合成的γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭纳米复合材料是一种高效、稳定、可重复使用的吸附剂.微波辅助合成给磁性生物炭优化提供了新思路,为提高吸附剂对有机污染物的有效去除提供了新的途径.     

基于聚合多巴胺的磁性碳材料的制备及其对甲基绿的吸附

以聚合多巴胺为碳源制备碳材料包覆的磁性纳米颗粒.通过多巴胺的自聚合反应将其包覆在Fe_3O_4纳米颗粒上,在氩气保护下高温灼烧得Fe_3O_4@C复合材料.包覆碳材料后,Fe_3O_4颗粒的稳定性和分散性提高.使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和振动磁强计对材料进行了表征.结果表明成功地制备了核壳结构的Fe_3O_4@C复合材料.用甲基绿来考察Fe_3O_4@C的吸附性能.研究表明,溶液pH对甲基绿的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,甲基绿的吸附容量显著增大.用朗格缪尔吸附等温模型拟合出在纯水、湖水和自来水中Fe_3O_4@C对甲基绿的最大吸附容量分别为490.1、442.5和389.1 mg·g~(-1).热力学研究计算出吸附的吉布斯自由能为负值,说明吸附是自发过程.动力学研究表明甲基绿在Fe_3O_4@C上的吸附过程符合拟二级反应动力学方程,吸附速率较快.     

共价有机框架材料在环境保护领域中的应用研究进展

共价有机框架(covalent organic framework,COF)材料是一种新型的晶型有机多孔材料,因其具有比表面积高、密度小、稳定性好、孔结构规整和种类丰富等诸多优点,在环境保护领域拥有广阔的研究和应用前景。对COF材料的特点与合成方法进行了详细介绍,综述了COF材料在处理SO_2、H_2S、CO_2、I_2等废气、染料及重金属等污染物中应用的研究进展,并指出了COF材料应用在环境保护中的不足和发展方向。最后,对COF材料在环境保护领域的应用进行了总结。     

一种船舶自修复防腐涂料的制备与表征

以脲醛树脂为囊壁、复合环氧树脂为囊芯,采用原位聚合法成功合成了脲醛树脂包覆环氧树脂体系微胶囊。采用扫描电子显微镜观察微胶囊的表面形貌,测量微胶囊的壁厚;利用红外光谱分析判定微胶囊壁材是否形成,芯材是否被完整包覆。结果表明,应用一步原位聚合法可以制备包覆完整、均匀分散、含有特殊芯材的微胶囊。合成的微胶囊形状基本呈球形,粒径分布均匀,平均粒径约为100μm;胶囊表面粗糙致密,粗糙表面主要是由纳米微胶囊沉积而成。微胶囊表面粗糙度的增加有利于增加微胶囊与基体的接触面积,改善微胶囊与基体的界面粘结力,从而提高自修复材料的修复效率。     

壳聚糖季铵盐磁性颗粒的制备及其对甲基橙的吸附效果

首先在甘氨酸盐酸盐离子液体([Gly]Cl)水溶液中制备了不同取代度的壳聚糖季铵盐,采用共沉淀法制备了纳米Fe3O4.进而以Fe3O4为核,戊二醛作交联剂,通过反相悬浮法制备交联壳聚糖季铵盐磁性颗粒,考察了反应条件对吸附效果的影响.并采用静态吸附法研究了磁性颗粒对甲基橙(MO)的吸附效果.结果表明,在25℃,pH=3的条件下,甲基橙初始浓度从20 mg.L-1增加到150 mg.L-1时,平衡吸附量从37.45 mg.g-1增加到277.5 mg.g-1.运用相关数学模型拟合实验数据得出,该吸附符合Freundlich模型,吸附动力学符合拟二级动力学模型.经4次重复使用后磁性颗粒对甲基橙的吸附率仍高于90%.     

生物法合成纳米铁的研究进展

纳米铁颗粒的制备技术发展迅速,方法多种多样。生物法因其具有原料来源广,反应条件温和,产物纳米级颗粒不易团聚,以及有毒副产物少等特点,成为学者们争相研究的对象。对近几年国内外采用微生物、植物提取物等合成纳米铁材料的方法及机理进行了阐述,综述了纳米铁在环保领域的应用,并对今后深入研究生物法合成纳米铁的前景进行了展望。     

基于铁泥的磁性水处理材料制备及应用进展

近年来,固体废弃物铁泥(赤泥、水处理含铁残渣和富铁污泥)已被广泛用于水环境中污染物的去除,但从水环境介质中分离粉末状铁泥的困难导致其作为水处理材料无法大规模应用,而将铁泥制备成易于分离回收的磁性材料是解决此瓶颈的有效策略之一.根据国内外现有铁泥基磁性材料的研究,总结了铁泥基磁性材料的制备方法,包括热分解法、水热与溶剂热...     

Shellac-coated iron oxide nanoparticles for removal of cadmium(II) ions from aqueous solution

This study describes a new effective adsorbent for cadmium removal from aqueous solution synthesized by coating a shellac layer, a natural biodegradable and renewable resin with abundant hydroxyl and carboxylic groups, on the surface of iron oxide magnetic nanoparticles. Transmission Electron Microscopy (TEM) imaging showed shellac-coated magnetic nanoparticle (SCMN) adsorbents had a core-shell structure with a core of 20 nm and shell of 5 nm. Fourier Transform Infrared Spectroscopic analysis suggested the occurrence of reaction between carboxyl groups on the SCMN adsorbent surface and cadmium ions in aqueous solution. Kinetic data were well described by pseudo second-order model and adsorption isotherms were fitted with both Langmuir and Freundlich models with maximum adsorption capacity of 18.80 mg/g. SCMN adsorbents provided a favorable adsorption capacity under high salinity conditions, and cadmium could easily be desorbed using mild organic acid solutions at low concentration.     

常介孔型磁性离子交换树脂的制备及其效能——针对典型藻源含氮有机物

以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体,利用单体聚合法制备了介孔型磁性离子交换树脂(m-MIER),并在表征其基本性状的基础上,初步分析了其对典型藻源含氮有机物(藻蓝蛋白、氨基酸)的去除效能.为便于比较,研究过程中同步进行了磁性离子交换树脂(MIEX^®)的研究.研究结果表明,m-MIER是以氯为交换基团的介孔型材料,其孔径为2~60nm;与MIEX^®相比,m-MIER具有相似的湿视密度、粒径,更丰富的孔隙结构、更大的交换容量(1.15g/cm³, 150~200 μm, 0.1852cm³/g, 3.16mmol/g Vs 1.20g/cm³, 150~180 μm, 0.0184cm³/g, 2.23mmol/g);XPS图谱分析结果表明其内核成分主要为Fe₃O₄,且为季胺型阴离子交换树脂.针对藻源含氮有机物的去除结果表明,m-MIER对藻蓝蛋白、特定氨基酸的去除效果明显优于MIEX^®,且去除效果与氨基酸的种类显著相关.     

改性磁性纳米颗粒固定内生菌Bacillus nealsonii吸附废水中Cd2+的特性研究

从重金属超累积植物龙葵体内提取内生菌Bacillus nealsonii,采用二氧化硅改性纳米Fe_3O_4颗粒与海藻酸钠将其包埋交联进行固定化,制得一种新型球状生物吸附剂,并应用于废水中Cd~(2+)的吸附处理.同时,通过正交实验研究了该球状生物吸附剂的最佳制备条件和吸附处理条件,并采用扫描电镜等表征手段与构建吸附动力学考察了其吸附特征.结果表明,球状生物吸附剂的最佳制备条件为:改性纳米Fe3O4颗粒质量分数为0.1%,海藻酸钠质量分数为8.0%,菌液接种量为0.4%,交联时间为2 h;其最佳吸附处理条件为p H=6、吸附时间12 h、吸附剂用量(干重)2.5 g·L-1,在Cd~(2+)初始浓度为50 mg·L-1时的吸附率可达96%以上.研究发现,球状生物吸附剂的内外部结构孔隙率较大,有利于促进Cd~(2+)的吸附.该吸附过程遵循准二级反应动力学,以化学吸附为主,符合Freundlich等温吸附模型,最大单分子吸附量可达13.02 mg·g-1.解吸实验结果表明,该吸附剂具有较好的可重复利用性.     

氯化磁性凹土树脂的制备与表征研究

利用表面负载的方法将有机化磁性凹土与苯乙烯、二乙烯苯等制备磁性凹土树脂;对磁性凹土树脂进行氯甲基化改性,制备出氯化磁性凹土树脂.表征了样品的形貌、结构以及表面积,研究了树脂对天然有机物(腐殖酸)的吸附性能.结果表明:氯化后的磁性凹土树脂的比表面积是原有的1.9倍,对附腐殖酸的饱和吸附能力也从原有的41.84 mg/g提高到了51.02 mg/g,这表明改性后的树脂增强了其对腐殖酸的去除能力.     

许昌市典型区域土壤磁化率与有机质含量的相关性研究

为探讨土壤磁化率对有机质含量的指示作用,对许昌市典型区域土壤磁化率与有机质含量的相关性进行研究,结果显示:研究区域土壤样品Xlf变化范围在15×10~(-8)~125×10~(-8)m~3/kg,平均值为64×10~(-8)m~3/kg,说明研究区土壤样品中磁性矿物含量较低。Xfd值在4.67%~26.67%之间,平均值为10.02%,反映了样品中超顺磁颗粒含量很高,说明研究区域土壤磁性矿物主要由自然成土作用形成,现代工业生产活动和人类的生活活动贡献较小。土壤有机质含量范围为3.74~31.93 g/kg,均值为17.09 g/kg。研究区域土壤磁化率与有机质含量呈不显著正相关性,反映了在长期人工施肥活动和城市化进程中人类活动导致土壤各理化因子之间发生学联系的弱化。     

常温交联型水性硅丙树脂的研究

将无机纳米二氧化硅(粒径在5~12 nm),通过共价键镶嵌在有机硅丙烯酸树脂中,合成出来的复合树脂具有突出优异的性能。在复合树脂的制备过程中联合运用了微乳加工技术,核壳技术,多重交联技术,显著提高了水性树脂的各项性能。这项技术可广泛应用于各种要求的常温交联型水性涂料,从根本上解决目前水性涂料的技术难题,实现工业涂料的水性化,真正达到绿色环保型涂料的要求,应用前景十分广阔。在复合树脂的合成过程中,没有VOC的排放,属绿色产品,在环保方面具有重要意义。     

具有不同粒径和相同表面结构纳米银颗粒的制备及表征

具有不同粒径相同表面结构AgNPs（nano-silver,纳米银）的可控合成是开展AgNPs毒性研究和风险评估的基础,也是材料制备领域的难点之一.采取化学还原的方法,使用AgNO₃（硝酸银）作为反应前体,使用TSC（trisodium citrate,柠檬酸三钠）和NaBH₄（sodium borohydride,硼氢化钠）作为稳定剂及还原剂,通过优化剂量比和反应条件等合成参数,一步式原位反应生成不同粒径的AgNPs.利用TEM（透射电子显微镜）、UV-Vis（紫外可见分光光谱）、ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）、FT-IR（傅里叶转换红外光谱）和DLS（动态光散射）等技术综合表征了合成纳米颗粒的形貌和结构性质.结果表明:①TEM结果显示,3种AgNPs均为球形且粒径分别为12、25和33 nm.②UV-Vis表征结果显示,所得产物在391~408 nm之间有较强吸收,说明合成产物为AgNPs.③利用ICP-MS测试样品中未反应的ρ（Ag+）,得出该制备方法具有高产率（>99%）.④DLS结果证实了合成的AgNPs在水溶液中带负电荷且具有较窄的粒度分布.⑤FT-IR结果显示,所制备的AgNPs表面结构一致,具有碳碳双键、酯基、羧基和羟基等官能团,在材料制备的过程中,溶液的初始配比、反应时间及环境条件都会对反应结果产生很大影响.研究显示,通过化学还原方法制备的AgNPs具有方法简便、重现性好、产率高和单分散性的特点,所制备的系列AgNPs颗粒表面结构一致,具有良好的化学稳定性.