石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种应用广泛的新兴非金属纳米材料,具有独特的电学机械性能、超大的比表面积以及潜在的生物相容性,在材料、电子、能源、光学以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时,石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的动物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内,通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤;目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路,不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性,对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望,进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

纳米TiO2-石墨烯光催化剂的水热合成及其光催化性能

以钛酸四正丁酯和石墨为原料,通过水热法制备了锐钛矿型为主的纳米TiO2复合光催化剂（纳米TiO2-石墨烯）,并采用XRD,FTIR,FESEM,TEM技术对其进行了表征。通过紫外光照射降解溶液中的罗丹明B（RhB）研究了TiO2-石墨烯的光催化活性,分析了初始罗丹明B质量浓度、催化剂加入量、溶液pH和催化剂使用次数等影响降解效果的因素。实验结果表明：在初始RhB质量浓度为20 mg/L、溶液pH为7.10、催化剂加入量为1.000 g/L的条件下,紫外光照射30 min时,纳米TiO2-石墨烯对RhB的降解率高达98.69%,明显高于纳米TiO2的44.69%;纳米TiO2-石墨烯稳定性较强,可多次重复使用。     

纳米二氧化钛复合石墨烯催化剂的制备及处理染料废水

以硫酸钛为原料,采用共沉淀法,制备了一系列纳米二氧化钛复合石墨烯催化剂,采用XRD和FTIR对样品进行表征。通过紫外光照射亚甲基蓝溶液光催化降解实验,研究石墨烯的加入量对TiO2光催化性能的影响,结果表明,TiO2-GO-5具有最佳的光催化性能。在pH=6.00、TiO2-GO-5的投加量为0.070 g/50 mL、光照3 h条件下,100 mg/L亚甲基蓝溶液的脱色率达到最大值为90.52%。     

Investigation the effect of adding graphene oxide into diesel/higher alcohols blends on a diesel engine performance

ABSTRACT

This article aims to study the influence of the addition of graphene oxide nanoparticles (GO) to diesel/higher alcohols blends on the combustion, emission, and exergy parameters of a CI engine under various engine loads. The higher alcohols mainly n-butanol, n-heptanol, and n-octanol are blended with diesel at a volume fraction of 50%. Then, the 25 and 50 mg/L concentrations of GO are dispersed into diesel/higher alcohols blends using an ultrasonicator. The GO structures are examined using TEM, TGA, XRD and FTIR. The findings show that there is a reduction in p_max. and HRR when adding higher alcohols with diesel fuel. Regarding engine emission, there is a significant improvement in emissions formation with adding higher alcohols. The addition of GO into diesel/higher alcohols blends improves the brake thermal efficiency by 15%. Moreover, the p_max. and HRR are both enhanced by 4%. The CO, UHC and smoke formation are reduced considerably by 40%, 50 and 20%, respectively, while NO_x level is increased by 30% with adding GO. Finally, adding high percentages of n-butanol, n-heptanol, and n-octanol with diesel fuel with the presence of GO has the potential to achieve ultra-low CO, UHC, and smoke formation meanwhile keeping high thermal efficiency level.     

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.     

磺化石墨烯对小麦幼苗生长及生理生化指标的影响

随着石墨烯生产量和使用量的不断增大,其对生态环境的风险逐渐引起了环境学家的关注。采用水培试验,探究了磺化石墨烯(SGO)对小麦幼苗的生长、抗氧化酶活性及脂质过氧化的影响。结果表明:在培养10 d后,低浓度磺化石墨烯对小麦根系的生长有显著促进作用(P0.05),200 mg·L-1浓度处理与对照处理相比提高了84.3%,随着浓度增加促进作用逐渐减弱,1 000 mg·L-1时与对照相比提高了19.9%。但对小麦地上部的生长没有影响。磺化石墨烯处理的小麦幼苗根系和叶片组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及丙二醛(MDA)都呈现先下降后上升的趋势。当磺化石墨烯浓度低于200 mg·L-1时,处理组小麦抗氧化酶的活性及MDA含量相对于对照处理大都有所降低,说明低浓度时磺化石墨烯没有对小麦的生长产生氧化胁迫,这与磺化石墨烯可能具有一定的抗氧化能力有关,而高浓度时由于产生氧化胁迫使各项生理生化指标逐渐上升。本实验结果为石墨烯材料对植物的毒理学研究提供了基础数据。     

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。     

氧化石墨烯对淡水微藻生长及生物活性物质的影响

为掌握氧化石墨烯（GO）的水环境风险,以斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）和湖泊微拟球藻（Nannochloropsis limnetica）为研究对象,探究了GO对淡水微藻生长及其生物活性物质（碳水化合物、总蛋白质、总脂）的影响.结果表明,GO对2种微藻具有中等毒性,72h EC₅₀值分别为25.63和48.44mg/L.透射电镜（TEM）观察发现,GO纳米片层既能附着于藻细胞表面也能进入藻细胞内部,造成藻细胞超微结构明显变化,包括：质壁分离;叶绿体收缩;淀粉粒数量减少甚至消失.较低浓度（10mg/L）GO会促进微藻中光合色素（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素）合成;而较高浓度（100mg/L）GO暴露下,2种微藻的类胡萝卜素和斜生栅藻叶绿素a的含量显著降低.2种浓度的GO总体上刺激了藻细胞内生物活性物质的合成,这是污染胁迫下的一种主动防御机制;而较高浓度GO造成碳水化合物含量显著降低,可能原因是细胞中储能物质由淀粉向中性脂转化.     

Cu/ZnO-RGO的抗菌性能及应用

采用溶胶-凝胶法制备铜锌复合氧化物（Cu/ZnO）,并将Cu/ZnO纳米粒子负载到还原氧化石墨烯（RGO）表面制备Cu/ZnO-RGO复合材料.对Cu/ZnO-RGO复合材料进行表征分析及抗菌性能考察,结果表明,Cu/ZnO纳米粒子成功负载在RGO表面,负载前后Cu/ZnO纳米粒子形态不发生改变,复合材料纯度较高.Cu/ZnO-RGO复合材料对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌均有着优异的抗菌性能,可以破坏细菌细胞膜,导致细菌内容物流出,延长细菌进入对数生长期所需的时间.当RGO质量分数为15%?Cu/ZnO-RGO复合材料使用量为120μg/mL时,在循环冷却水系统中作用2h即可拥有96.76%的抗菌率.     

石墨烯负载铁锰氧化物活化过一硫酸盐降解金橙G

利用水热法制备了rG-MnFe_2O_4活化剂,通过TEM、XRD、FT-IR、Raman等手段对活化剂进行了系统表征,通过其对偶氮染料OG的降解实验评价了rG-MnFe_2O_4活化PMS的效果,同时考察了PMS浓度、rG-MnFe_2O_4投加量、初始pH、Cl~-浓度对OG降解效果的影响.结果表明,当rG-MnFe_2O_4投加量为0.3 g·L-1,n(PMS)∶n(OG)=40∶1时,rG-MnFe_2O_4活化PMS的效果显著,反应27 min时,OG降解率为100%,并且随PMS浓度、rG-MnFe_2O_4投加量的提高,OG降解效率明显增加.初始pH对OG降解有较大影响,pH=5.00时效果最好.Cl~-对活化降解OG具有促进作用,Cl-浓度越高,OG降解得越快.r G-MnFe_2O_4在重复使用5次时仍具有较好活化性能.通过紫外可见光谱和气相色谱-质谱(GC/MS)对OG降解过程进行分析,表明OG分子中的萘环结构和偶氮键均被破坏,并检测出主要降解产物有对硝基苯酚和邻苯二甲酸;且rG-MnFe_2O_4/PMS降解体系对染料OG具有一定的矿化率.