磺化β-环糊精对有机废水处理效果的研究

环糊精应用于有机废水及处理方面,能够对有机废水污染物产生包络作用.本实验采用直接磺化法合成了磺化β-环糊精,提出了一种用磺化β-环糊精处理有机废水的新的实验方法,并分析了它对有机废水的处理效果.本实验研究了不同量以及不同温度的磺化β-环糊精对有机废水处理效果的影响.通过实验得出磺化β-环糊精对废水有机物(农药氧化乐果)的包络随着加入量的增大而增大,达到某一数值后而下降.实验结果表明加入磺化β-环糊精后,处理效率可提高1.5至2.0倍,处理效果提高可达60％左右.     

氧化石墨烯高压膜的制备及其在水处理中的应用研究进展

氧化石墨烯(GO)是一种理想的二维结构分离膜材料.从GO结构性质入手,探讨了GO混合基质膜和GO层压膜(GO膜)的制备及其在水处理中的研究现状与前景.分析了GO的添加方式对混合基质膜性能的影响,未来需要进一步对GO表面的活性基团进行改性以提高其分散性和与聚合物的相容性,并加强GO及改性GO的添加方式对膜性能影响的研究.GO混合基质膜在一定程度上可克服传统聚合物膜的Trade-off效应,技术成熟度较高、应用前景较好.GO膜在水溶液中的不稳定性是其在水处理中应用中的瓶颈,在系统分析提高GO膜稳定性的方法的基础上,进一步指出需要探讨采用新型交联剂或多种稳定方法同步强化其稳定性的可行性,同时其在实际应用中的稳定性及长期运行效果需要进一步研究和验证,以利于开拓其应用.     

氮掺杂还原氧化石墨烯泡沫吸附/活化过硫酸盐协同去除双酚A的研究

利用氧化石墨烯和氨水为原料,采用水热法-冷冻干燥技术制备了易回收氮掺杂还原氧化石墨烯泡沫(N-RGF)催化剂,通过SEM,XRD,XPS,FT-IR,BET和TG等手段对催化剂结构和表面物理化学性质进行表征和分析.利用N-RGF通过吸附/活化过二硫酸盐(PDS)降解协同去除双酚A(BPA),优化了其制备条件,并探讨去除机理.结果表明,N-RGF为网状三维结构,孔径约为1～5μm,最优条件为180℃水热反应20h,氮掺杂量为6%.制备的N-RGF降解BPA速率是RGF的4.88倍.活性物种捕获实验和电子顺磁共振(EPR)研究结果显示单线态氧(¹O₂)是N-RGF活化PDS降解BPA的主要活性物种.HPLC-MS检测了降解过程的中间体,并提出了可能的降解途径.MCF-7雌激素活性测试结果显示N-RGF通过吸附/活化PDS可有效消除母体的雌激素活性而不产生雌激素活性更强的中间体.     

煤矿开采安全防护用聚氨酯注浆材料试验研究

聚氨酯注浆材料具有黏度适中、凝胶时间可控、耐磨、耐化学腐蚀和力学性能优异等特点,被广泛用于煤矿开采安全防护。但其导热、抗静电、阻燃等性能有待提高,存在较大的安全隐患,限制了聚氨酯注浆材料在煤矿井下的应用。石墨烯/聚苯胺纳米杂化物的加入对聚合物基复合材料导热、导电、阻燃等性能具有突出的增强效果,有望成为聚氨酯注浆复合材料性能改善的理想改性剂。利用原位化学氧化聚合法制备了石墨烯/聚苯胺(rGO/PANIf)纳米杂化物,通过FTIR、XRD、TEM、TG等分析方法对纳米填料的微观结构与形貌进行表征,并将rGO、PANIf、rGO/PANIf分别作为填料制备聚氨酯注浆复合材料,研究了不同填料及不同添加份量的纳米填料对改性聚氨酯注浆材料热稳定性、阻燃性能、导热性能和抗静电性能的影响。结果表明:rGO/PANIf杂化物的加入可以提高聚氨酯注浆复合材料的导热性能、抗静电性能、热稳定性和阻燃性能;与纯聚氨酯注浆材料相比,仅添加1wt%(质量分数)的rGO/PANIf杂化物,聚氨酯注浆复合材料的点燃时间延长了16 s, CO产生速率下降了25.6%;添加5wt%的rGO/PANIf杂化物,聚氨酯注浆复合材料的导热系数提高了19.4%,体积电阻由8.0×10~(13)Ω降低到3.1×10~(11)Ω,最大热解温度提高了25℃,热释放速率峰值、总热释放量、总烟气释放量分别降低了24%、18%、17.4%。     

多活性位点的磁性氮掺杂石墨烯活化过一硫酸盐研究

通过简单的一锅法制备Fe₂O₃、Fe₃N、单原子Fe（SA-Fe）和N掺杂的磁性石墨烯材料（Fe-MNG）应用于催化活化过一硫酸盐（PMS）.结果表明,Fe-MNG/PMS体系可在宽的pH范围（3-10）氧化降解磺胺异恶唑（SIZ）,降解率均达到99%以上.经过五次循环使用其对SIZ的降解率仍保持在95%以上.Fe-MNG中的SA-Fe、N等活性位点可高效催化活化PMS产生各种活性氧物种（ROS）.淬灭实验和电子顺磁共振波谱分析表明Fe-MNG/PMS体系中产生多种ROS,包括硫酸根自由基（SO₄·^-）、羟基自由基（HO·）和单线态氧（¹O₂）,证明存在自由基和非自由基两种氧化过程.此外,Fe-MNG具有大的比表面积（446.18m²/g）,能将水中有机微污染物吸附富集到材料表面,同时在Fe-MNG表面催化PMS产生大量ROS,实现对有机微污染物的原位、高效氧化去除.Fe-MNG还具有磁性,易于分离和回收,具有潜在的应用前景.     

GO/AC/Ti复合电极的制备及其对甲基橙的吸附电解性能

吸附和电解是2种去除水中有机物的有效方法,为发挥吸附和电解对有机物的协同作用,将具有优良吸附导电性能的还原氧化石墨烯（RGO）与活性炭（AC）复合得到复合材料并将其黏附在Ti极片上,得到RGO/AC/Ti复合电极用于电解水中的甲基橙。利用SEM、FT-IR、BET、XRD、C-V、EIS等对复合材料及电极进行表征,考察了Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti对甲基橙的电化学性能。结果表明:与RGO相比,RGO/AC的比表面积由318.1 m2/g增加到405.1 m2/g。相对于RGO/Ti,RGO/AC/Ti电极比电容值略有下降,但电容保持率提升。在电解质浓度为0.15 mol/L,极距为15 mm,电流为100 mA,pH为6时,Ti、RGO/Ti和RGO/AC/Ti电极对甲基橙的去除率分别达到48.1%、79.5%和88.8%,去除效果较好。     

磁性GO复合材料对水溶液中Cu(Ⅱ)的去除研究

该研究利用简单的化学合成法合成新型Fe_3O_4@SiO_2/PEI修饰的氧化石墨烯磁性复合材料,并用于去除水中的Cu(Ⅱ)离子,通过Box-Behnken响应面法对pH、Cu(Ⅱ)离子的初始浓度和反应温度3个变量进行优化,得到MSPG对Cu(Ⅱ)离子吸附的最优吸附条件为初始p H为5、初始浓度80 mg/L、反应温度为40℃时,最大理论吸附量为61.48 mg/g。而在最佳条件下进行验证实验,实验值为61.55 mg/g,与理论值相近。吸附动力学研究和等温线研究表明吸附过程在6 h达到平衡,分别符合准二阶动力学模型与Freundlich等温模型,粒子内扩散并不是整个过程中唯一的速率控制步骤。热力学研究证明MSPG对Cu(Ⅱ)的吸附过程是吸热的自发过程。     

MON-3超声辅助化学电位法制备氧化石墨烯

目的得到关于氧化石墨烯制备的最佳工艺条件。方法以绿色四氧化二氮推进剂和石墨为原料,开展基于化学电位法和超声法制备氧化石墨烯的实验研究,结合对氧化石墨烯产物进行扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)表征。结果对于氧化石墨的制备,最佳初始ORP区间为1700～1800 mV。石墨与N2O4配料比为1︰10、低温预处理工艺H2O2用量为18 mL、KMnO4用量为1.5 g、氧化温度为30℃、氧化时间为120 min是最佳工艺条件。对于氧化石墨烯的制备,分散溶剂pH为11,分散功率为150 W,分散时间为40 min是超声分散的最佳工艺条件。结论采用该工艺条件制备氧化石墨烯,既有利于解决大批量报废硝基氧化剂的转化处理难题,也制备得到了氧化石墨烯这种高附加值的民用工业产品。     

石墨烯掺杂聚苯胺阳极提高微生物燃料电池性能

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）技术可分解代谢污染物质并同步输出电能,在环境及能源领域吸引了越来越多的关注.但是,输出功率密度较低、成本较高、底物降解率低等特点限制了其实际应用,其中阳极是主要限制因素之一.本研究选取具有优异导电性、大比表面积的石墨烯和生物相容性较好的聚苯胺（polyaniline,PANI）,并优化二者比例关系,制备得到石墨烯掺杂PANI复合材料.将复合材料涂覆在玻碳电极表面分析电化学性能,循环伏安（cyclic voltammetry,CV）和线性伏安扫描（linear sweep voltammetry,LSV）测试结果均显示石墨烯含量占比20%的复合电极（20%石墨烯）电化学性能最好.将复合材料修饰在碳布表面作为MFC阳极时以石墨烯含量占比5%的复合电极（5%石墨烯）生物电化学性能最佳,LSV得到最大输出功率密度为（831±45）mW·m^-2,分别是20%石墨烯、1%石墨烯、石墨烯、PANI、碳布阳极的1.2、1.3、1.3、1.5、1.8倍.最大输出电压、开路电压、化学需氧量去除率、库仑效率、生物量密度均以5%石墨烯电极最高.电化学阻抗分析表明5%石墨烯电极极化内阻仅为（24±2）Ω,是碳布电极的19.8%.电化学和生物电化学性能并不完全一致,说明电极材料的生物相容性是影响MFC性能的主要因素之一.5%石墨烯阳极充分发挥了石墨烯和聚苯胺的优点,提高了MFC的产电性能.     

TiO2复合催化剂弱光催化降解模拟海水中苯酚及其催化活性的影响

为了获得适用于海水中有机污染物光降解催化剂,分别选用纳米SiO_2粒子和氧化石墨烯GO为载体,利用吸附相反应技术并结合热处理过程制备了基于TiO_2的复合催化剂,研究了弱光(光强小于1mW·cm~(-3))激发下复合催化剂光催化降解模拟海水中苯酚.结果表明,吸附相反应技术结合焙烧得到的La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2,表面亲水性较强和对苯酚吸附能力较弱,难以克服盐离子的干扰并有效降解模拟海水中高浓度苯酚.而吸附相反应技术结合醇溶剂热还原处理后,La~(3+)掺杂TiO_2-SiO_2催化剂表面亲水性显著减弱,但该催化剂在模拟海水中不能形成稳定的悬浮体系.吸附相反应技术得到的TiO_2-GO和La~(3+)掺杂TiO_2-GO中,TiO_2粒子粒径小于10nm且均匀负载于GO的表面.醇溶剂热还原处理可使TiO_2形成晶型结构,从而提高其催化活性,同时还能将GO表面的含氧基团还原,降低催化剂表面亲水性.从而提升催化剂对苯酚的吸附能力和对盐离子的抗干扰能力.另外,还原GO与小粒径TiO_2粒子紧密结合,使光生电子能很快转移至还原GO表面,增大光生电荷分离率,进一步提升催化剂的光降解性能.