石墨烯在装备技术相关领域的应用研究(二)

基于石墨烯的材料和器件正在传统和新兴领域广泛应用,简要综述了石墨烯基材料在电化学储能、装备抗腐蚀和吸波领域的研究进展,介绍了基于不同物理机制和观点的研究热点。指出高质量单层或少层、分散良好的石墨烯材料的制备尚未有工业化的方法,且大量的应用是基于石墨烯为模板的衍生物是石墨烯大规模工业化应用仍然为数不多的原因。提出高效地对石墨烯的表面、化学键进行功能化,同时保留石墨烯本体完美碳骨架的技术难题。最后提出研究石墨烯与其他功能材料的复合机理和微观机制,解决复合界面问题,开发绿色、高效、低成本的复合工艺,将促进石墨烯的应用。     

掺磷石墨烯的制备及其电化学性能研究

石墨烯以其优异的导电性、较大的比表面积,在超级电容器领域得到广泛关注。本研究以氧化石墨烯为原料,通过磷酸浸渍,然后经高温还原处理制备掺磷石墨烯电极材料,通过XRD、SEM等手段表征其结构,并应用恒流充放电、循环伏安等技术考察其电化学性能。结果显示,氧化石墨烯经处理后得到还原的同时掺杂了磷元素。掺磷石墨烯的比电容提高接近2倍,显现了较好的电容特性。     

石墨烯在水处理膜改性中的研究与应用

膜污染制约着膜分离技术的可持续发展。新型抗污染膜材料的研发是膜技术进一步发展的关键突破口,通过改性提升现有膜材料的抗污染性能一直是膜技术领域的研究热点。石墨烯因具有诸多独特的理化特征,近年来在膜改性领域备受关注。文章综述了不同石墨烯类材料的特点以及常用的膜改性方法,并详细阐述了石墨烯类材料在反渗透、正渗透、纳滤、超/微滤、渗透汽化以及导电膜领域内的膜改性研究及应用进展,并对今后的研究发展进行了展望,旨在推进新型膜材料的实际应用进展。     

石墨烯薄膜原子氧剥蚀行为及电阻特性

目的研究石墨烯薄膜在原子氧空间环境的适应性,为其在航天器上应用提供参考。方法采用刮涂法制备石墨烯薄膜,将石墨烯薄膜材料及石墨烯电阻传感器置于微波源原子氧设备内开展原子氧试验,原子氧剂量分别为3.0×10^20 atoms/cm2和7.5×10^20 atoms/cm^2,研究薄膜表面形貌、结构、成分及电阻性能的变化。结果采用刮涂法可制备氧含量较低的石墨烯薄膜,原子氧剂量为7.5×10^20 atoms/cm^2情况下,石墨烯薄膜的厚度损失为5.3μm,原子氧反应率为7.14×10^-25 atoms/cm^3。原子氧作用后,石墨烯薄膜中碳原子无序程度增大,C—O、—COOH官能团含量降低,C=O官能团含量增加。石墨烯电阻传感器的R0/R比值随原子氧剂量增加线性降低,0.8μm厚度薄膜可探测最大原子氧剂量为5×10^19 atoms/cm^2,增加薄膜厚度有望提高传感器的使用寿命。结论得到了石墨烯薄膜厚度损失、原子氧反应率、微观结构及电阻特性的变化规律,可为石墨烯薄膜的空间应用提供技术支撑。     

石墨烯材料去除重金属及放射性核素的研究

石墨烯及其改性材料具有比表面积大、吸附能力强、抗辐射性能好、耐高温、耐酸碱等优点,近年来在去除重金属和放射性核素领域得到了广泛关注.本文简要介绍了石墨烯的合成及改性方法,综述了石墨烯材料去除水中重金属离子和放射性核素的研究进展,包括吸附容量、影响因素、吸附动力学、吸附热力学模型和吸附机理,分析了该研究领域目前存在的问题,探讨了今后的研究方向.     

石墨烯类材料在水处理和地下水修复中的应用

作为一种性质优异的吸附材料,石墨烯类材料对有机物和重金属等多种水污染物均有出色的吸附能力,因此其在水处理和地下水修复工作中的应用前景在近几年备受关注.当前的研究总体上尚停留在实验室模拟阶段,在提高材料饱和吸附量的同时,研制出低成本、稳定性强、易于再生利用且环境友好的石墨烯类材料是今后的发展趋势.本文对石墨烯类材料的种类及制备方法进行了归纳总结,对他们在水处理和地下水修复中的应用研究情况进行了综述,对当前研究中存在的问题进行了分析,最后对未来的研究和应用前景进行了总结和展望.     

新型离子印迹材料的制备及吸附重金属应用进展

离子印迹技术用于选择性吸附废水中痕量金属资源备受关注,采用新型材料组分制备离子印迹材料的研究取得了良好效果。文章以废水中金属资源提取及有毒金属去除为目的,简述了传统本体聚合法、悬浮聚合法、凝胶-溶胶法、表面接枝法的优缺点,阐述了天然矿物基、天然生物基、成品膜及混合铸膜基、温敏聚合层基、磁性硅基、磁性碳纳米管基、磁性氧化石墨烯基的制备应用进展;探讨了新型离子印迹复合材料的优势,最后指出离子印迹材料在自然水体、工业废水的应用及回收问题并提出建议,期望为制备新型离子印迹材料对复杂水相选择吸附应用研究提供参考。     

石墨烯掺杂铁酸盐降解有机污染物研究进展

石墨烯由于其特殊的电学、热学、力学、光学等性质以及在纳米电子器件、储能材料、光电材料等方面的潜在应用,引起了科学界新一轮的"碳"热潮。铁酸盐具有特殊的物理结构和化学性质,一般带隙较窄,能够接受太阳光甚至可见光,受激发产生电子空穴对氧化分解有机污染物,目前在光催化降解有机污染物领域得到广泛应用。该文综述了近年来国内外关于石墨烯掺杂铁酸盐光催化剂的最新研究进展,重点包括该材料的各种制备技术,该材料在光降解有机污染物方面的应用,并展望了其未来发展趋势和研究重点。     

生物传感器在渔业监测中的研究进展

论述了生物传感器在监测渔业环境中的BOD、N、P、病原体、农药和重金属等方面的国内外最新进展 ,分析了生物传感器在海洋渔业应用中存在的主要问题及原因 ,同时阐述了利用基因工程微生物技术、分子烙印技术、多成分实时分析技术等先进技术提高生物传感器的性能并扩大其在海洋渔业领域中的应用范围 ,在海洋渔业环境中为实现生物传感器与计算机在线自动监测与控制 ,开拓新的广阔前景。     

铁基材料活化过硫酸盐降解水中抗生素的研究进展

抗生素广泛应用于医药和养殖行业,排入水体中的抗生素严重威胁了生态安全和人体健康.目前,常规污水处理过程对抗生素降解效率较低,基于硫酸根自由基(SO₄^·-)的高级氧化技术逐渐成为水处理领域的研究热点之一.铁基材料廉价易得,在活化过硫酸盐（PS）降解水中抗生素领域展现出一定的应用前景.本文重点综述了几种典型铁基材料在活化PS降解水中抗生素的研究进展,分析了pH、重复使用性等影响铁基材料实际处理效果的因素,并对铁基材料活化PS的发展前景进行了展望,旨在为拓展铁基材料环境应用和阐明PS活化机制提供重要参考.结果表明:铁（氢）氧化物、零价铁（ZVI）和铁硫化物等铁基材料活化PS产生的SO₄^·-和羟基自由基（HO·）对抗生素降解起关键作用.与传统铁基材料相比,复合型铁基材料表现出更加优异的催化性能和稳定性.此外,高价铁和单线态氧也被证明对铁基体系催化降解抗生素起重要作用.现阶段缺乏考察铁基材料/PS体系降解实际水体中抗生素性能和机理的研究;同时,单原子铁催化剂等新型铁基材料活化PS降解抗生素的性能及机制也有待进...     

石墨烯复合材料在水处理中的应用研究

新型碳材料石墨烯,因其比表面积大,物理、化学特性优异,通常作为吸附剂或复合材料载体,用于难降解有机废水处理.载体石墨烯改性后,可优化复合材料性能,包括溶解性和可控性.基于复合材料制备,选取典型污染物废水,如染料废水、苯酚废水、农药废水,从吸附处理和催化降解两方面展开,简要介绍石墨烯复合材料的应用研究及作用效果,显示出复合材料可有效提高污染物降解效率,回用效果好.此外,石墨烯复合材料在回用及实际应用方面仍有待进一步研究.     

移动式空气质量传感器的研究与应用进展

移动式空气质量传感器作为一种成本低、机动性和灵活性高、使用场景丰富的测量工具,近年来在大气环境监测和污染溯源领域得到广泛应用. 本研究通过文献调研方式对国内外移动式空气质量传感器的研究和应用进行综述. 移动式空气质量传感器的研究主要有数据质量评估及数据校准,本研究总结了移动式空气质量传感器数据质量的评价指标和校准方法. 根据移动式空气质量传感器搭载平台的移动路径可将其应用分为固定路线移动监测、随机路线移动监测以及可操控移动监测三大类,总结其在环境空气质量监测、污染源监控、个人健康暴露研究、排放源清单动态识别等领域的优势和不足,并展望其发展方向和应用前景. 移动式空气质量传感器的应用主要存在以下几方面问题:①与固定式传感器相比,移动式空气质量传感器除受环境影响较大外,还受搭载平台的运行速度及振荡幅度影响,且校准困难;②移动式空气质量传感器的不足限制了其监测能力,因此应用场景有一定局限性;③移动式空气质量传感器能产生大量高时空分辨率的数据,但目前利用率较低且与其他数据的融合度较差. 因此,应通过硬件或算法升级,以提高移动式空气质量传感器的稳定性及可靠性,适应更复杂的走航环境,保证数据质量,并与多种数据进行融合,丰富应用场景.      

氨基修饰氧化石墨烯-羧甲基纤维素复合吸附剂的制备及其对Cr (VI)的吸附性能研究

为获得价格低廉、吸附性能优良的石墨烯基吸附剂,以氧化石墨烯（GO）、羧甲基纤维素（CMC）为基材,以聚乙烯亚胺（PEI）为改性试剂,通过化学修饰的方法制备了氨基修饰氧化石墨烯-羧甲基纤维素复合吸附剂（GO-PEI-CMC）.采用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）及X射线光电子能谱（XPS）等表征手段证实了CMC、氧化石墨烯与PEI已成功复合.静态吸附实验表明GO-PEI-CMC对Cr （VI）表现出良好的吸附性能,由Langmuir等温吸附模型所得最大吸附量值为243.92 mg·g^-1.吸附动力学、吸附等温线研究表明GO-PEI-CMC对Cr （VI）的吸附为单分子层、化学吸附过程.GO-PEI-CMC对Cr （VI）吸附性能优良,且具有绿色环保、可生物降解的优点,是一种极具潜力的Cr （VI）吸附剂.     

传感器及其在水质监测中的应用

介绍了化学传感器，光导纤维传感器及生物传感器的工作原理，论述了它们在水质监测中的应用，对传感器再生性问题，小型化问题，载体材料问题进行了探讨。     

Facile synthesis of graphene-based hyper-cross-linked porous carbon composite with superior adsorption capability for chlorophenols

In this work, we proposed a green and cost-effective method to prepare a graphene-based hyper-cross-linked porous carbon composite (GN/HCPC) by one-pot carbonization of hyper-cross-linked polymer (HCP) and glucose. The composite combined the advantages of graphene (GN) and hyper-cross-linked porous carbon (HCPC), leading to high specific surface area (396.93 m²/g) and large total pore volume (0.413 cm³/g). The resulting GN/HCPC composite was applied as an adsorbent to remove 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) from aqueous solutions. The influence of different solution conditions including pH, ionic strength, contact time, system temperature and concentration of humic acid was determined. The maximum adsorption capacity of GN/HCPC composite (calculated by the Langmuir model) could reach 348.43 mg/g, which represented increases of 43.6% and 13.6% over those of the as-prepared pure GN and HCPC, respectively. The Langmuir model and pseudo-second-order kinetic model were found to fit well with the adsorption process. Thermodynamic experiments suggested that the adsorption proceeded spontaneously and endothermically. In addition, the GN/HCPC composite showed high adsorption performance toward other organic contaminants including tetracycline, bisphenol A and phenol. Measurement of the adsorption capability of GN/HCPC in secondary effluent revealed a slight decrease over that in pure water solution. This study demonstrated that the GN/HCPC composite can be utilized as a practical and efficient adsorbent for the removal of organic contaminants in wastewater.     

微米SiC/石墨烯复合物光催化降解罗丹明B

为发展低耗和环境友好的有机物降解技术,采用光催化还原制备微米级碳化硅(SiC)/石墨烯复合材料,XRD、FTIR、Raman光谱、XPS和SEM等手段表征其物相组成和形貌结构,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,研究了复合材料在可见光照射下的光催化活性和稳定性;通过活性物种捕获实验初步探讨了RhB的光催化降解机制.结果表明,SiC与石墨烯复合延长了光生电子和光生空穴的寿命,提高了材料的光催化活性与稳定性.当SiC/石墨烯配比为1∶0. 8时,光照60 min时RhB的降解率可以达到92. 7%,降解过程符合一级反应动力学方程.光催化降解RhB过程中,主要活性物种的贡献依次为:光生空穴(h~+)超氧阴离子自由基(·O_2~-)光生电子(e~-)羟基自由基(·OH).     

等重下料技术及其工程化应用

简要介绍了应用于大直径棒料下料的等重下料技术 ,该项技术系现代光电传感技术及计算机控制技术在传统技术领域的应用。在弹体毛坯生产线上 ,首次实现了实时、快速、准确的全自动在线下料检测和控制 ,取代了原有人工下料过程。该项技术在其它制造加工领域也具有广阔的应用前景 ,对提高劳动生产率 ,节约原材料具有重要的经济意义。     

Environmental application of three-dimensional graphene materials as adsorbents for dyes and heavy metals: Review on ice-templating method and adsorption mechanisms

The remediation of wastewater requires treatment technologies which are robust, efficient, simple to operate and affordable such as adsorption. Lately, three-dimensional (3D) graphene based materials have attracted significant attention as effective adsorbents for wastewater treatment. The intrinsic properties of 3D graphene structure such as large surface area and interconnected porous structure can facilitate the transport of pollutants into the 3D network and provide abundant active sites for trapping the pollutants. For the synthesis of 3D graphene structure, ice-templating is commonly practiced due to its facile steps, cost effectiveness and high scalability potential. This review covers the ice-templating fabrication technique for 3D graphene based materials and their application as adsorbents in eliminating dyes and heavy metals from aqueous media. The assembly mechanisms of the ice-templating fsynthesis are comprehensively discussed. Further discussion on the fundamental principles, critical process parameters and characteristics of ice-templated 3D graphene structures is also included. A thorough review on the mechanisms for batch adsorption of dyes and heavy metals is presented based on the structures and properties of the 3D graphene materials. The review further evaluates the dynamic adsorption in packed columns and the regeneration of 3D graphene based materials.