石墨烯与抑癌基因p53 DNA片段相互作用的分子模拟与光谱学验证

石墨烯(graphene,G)及其衍生物由于具有独特的理化性质,被广泛应用于能源、生物医学等领域,但尚缺乏其对生物体和环境潜在危害的研究。采用分子动力学模拟并结合光谱学方法(紫外可见吸收光谱、紫外变温实验及荧光光谱),分析了石墨烯与抑癌基因p53启动子区DNA片段(p53-DNA)间的相互作用,并探讨了相关作用机制。石墨烯的部分芳香环与p53-DNA碱基的芳香环之间存在π-π堆积作用,两者可以通过嵌插作用进行结合,同时还通过沟槽作用进一步结合。光谱实验进一步证实,在石墨烯作用下,p53-DNA的熔点(Tm)值升高,EB-DNA体系发生静态荧光淬灭,说明石墨烯能与p53-DNA结合;同时,p53-DNA与石墨烯结合后在260 nm处的吸光度升高,说明石墨烯对p53-DNA的双螺旋结构具有一定的破坏作用。上述研究结果从分子水平上分析了石墨烯与p53-DNA间的相互作用机制,有助于进一步阐明石墨烯的毒性作用机理。     

还原氧化石墨烯支撑纳米零价铁对含Sb(Ⅲ)废水的处理

针对含重金属Sb(Ⅲ)废水处理问题,采用液相还原法制备出高效的还原氧化石墨烯负载纳米零价铁(nZVI/rGO)复合吸附材料,并采用多种技术手段对所制备的nZVI/rGO复合材料进行表征.同时,复合材料中nZVI的负载量、吸附剂投加量、初始pH值以及反应温度等因素对废水中Sb(Ⅲ)吸附去除效果的影响被全面考察,并进一步对吸附过程进行吸附等温线和吸附动力学拟合.结果表明,在25℃,pH为3.0时,当nZVI负载量为70wt%,nZVI/rGO投加量为0.5g/L时,Sb(Ⅲ)的去除率最高,140min内可达99.7%.该吸附过程符合准二级动力学模型与Langmuir等温吸附模型,因此nZVI/rGO被证实是一种高效的Sb(Ⅲ)吸附材料.     

聚乙烯亚胺改性聚苯胺/氧化石墨烯对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用聚乙烯亚胺(PEI)对聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)进行改性得到PEI-PANI/GO,通过XRD、FTIR、BET和SEM技术对PEI-PANI/GO进行表征,并考察了PEI-PANI/GO对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。表征结果显示,PEI-PANI/GO材料以介孔为主,比表面积为35.12 m²/g,孔体积为0.098 24 cm³/g。实验结果表明,在温度为20 ℃、体系pH为3、溶液中Cr(Ⅵ)初始质量浓度为400 mg/L的条件下,PEI-PANI/GO对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量达117.63 mg/g。PEI-PANI/GO对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附行为更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程是单分子层吸附。经过循环吸附再生后第4次使用,PEI-PANI/GO对Cr(Ⅵ)的吸附量从117.63 mg/g降至84.27 mg/g,仍能保持71.64%的吸附量,说明其重复使用性能良好。     

ZnO/氧化石墨烯的制备及其对亚硝酸盐的光催化降解

利用沉淀法制备了ZnO光催化剂,并将其负载在氧化石墨烯上,制得ZnO/氧化石墨烯复合材料,研究了该复合材料对亚硝酸钠的光催化降解效果。采用XRD和SEM技术对光催化剂进行表征。考察了初始亚硝酸钠质量浓度、溶液pH、ZnO/氧化石墨烯加入量对亚硝酸钠降解效果的影响。表征结果显示：ZnO/氧化石墨烯晶体的晶型发育良好、结晶度高;新生成的混晶结构提高了催化剂的光催化活性。实验结果表明：在初始亚硝酸钠质量浓度246 mg/L、溶液pH 5、ZnO/氧化石墨烯加入量1.0 g/L的条件下,经过150 min的紫外光降解,亚硝酸钠的质量浓度降至70 mg/L,亚硝酸钠的降解率为71.38%;ZnO与氧化石墨烯的协同效应有效提高了光催化反应体系的效率,ZnO/氧化石墨烯对亚硝酸钠的降解能力远高于氧化石墨烯和ZnO。     

锰钴水滑石/石墨烯电极的制备及催化性能

采用水热法制备了以氧化还原石墨烯（rGO）为载体的锰钴水滑石（LDH）,即MnCo-LDH/rGO复合材料并研究其氧还原性能.在Mn/Co物质的量比为1：3的条件下,MnCo-LDH和MnCo-LDH/rGO的形貌和催化性能最为突出.与MnCo-LDH相比,MnCo-LDH/rGO在Na₂SO₄溶液中的氧化还原峰更加明显（-0.425V）,且峰电流更大,达到0.749mA/cm².将MnCo-LDH/rGO作为阴极,在120min内持续提供30mA/cm²的电流可使浓度为20mg/L的罗丹明B染料（RhB）降解98.6%,具备良好的降解性能.旋转圆盘（RDE）及自由基淬灭实验结果显示,反应中转移电子数为2,且主要自由基为·OH.     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.     

化学还原氧化石墨烯修饰PbO2电极及催化降解酸性红G

为了提高Ti/PbO₂电极的稳定性与催化氧化能力,将化学还原氧化石墨烯（RGO）以共沉积的方法修饰于β-PbO₂层.通过扫描电镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）,循环伏安法（CV）,电化学交流阻抗（EIS）,产羟基自由基（·OH）能力,强化寿命等测试方法对电极性能进行表征,并以酸性红G（ARG）为目标降解物,评估PbO₂-RGO电极的催化效果.结果表明,电极经RGO改性后晶型仍为β-PbO₂,析氧过电位由1.60V升至1.83V,膜阻抗由144 Ω/cm²降至16.2 Ω/cm²,强化寿命提升了43.6%.通过ARG降解实验表明,改性后的PbO₂-RGO电极催化性能均有所提高,其中PbO₂-RGO（0.05）电极具有最优的催化能力,120min内对ARG的脱色率可达到98.5%,同时对COD的去除率可达76.89%.     

氧化石墨烯强化厌氧氨氧化菌的脱氮性能

采用氧化石墨烯（GO）增强厌氧氨氧化菌的脱氮性能.通过批次试验观察GO对厌氧氨氧化菌的影响,结果表明：当GO浓度为0.15g/L时,厌氧氨氧化菌脱氮性能最好,总氮去除率比无GO的空白组提高18.6%;当GO剂量达到0.2g/L时,厌氧氨氧化菌活性受到抑制,总氮去除率比空白组降低了26.0%.通过对照实验研究GO对厌氧氨氧化菌脱氮性能的长期影响,结果表明：添加GO的R2反应器在每个基质浓度阶段的平均总氮去除率分别为85.3%,83.2%,81.1%,80.8%,均高于未添加GO的R1反应器.对R2反应器周期内脱氮性能进行动力学分析发现,修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型比修正的Logistic模型更适合描述GO作用下周期内基质去除特性,并且通过模型得到了周期内任意t时刻下的出水总氮浓度和总氮去除率预测公式.     

氧化石墨烯对嗜热四膜虫的毒性效应

以嗜热四膜虫（Tetrahymena thermophila）作为受试生物,考察了纳米材料氧化石墨烯（GO）对其细胞生长率、乙酰胆碱酯酶（AchE）和氧化应激酶活性、生物膜损伤及细胞凋亡的影响,以探究GO的毒性效应.结果表明,GO浓度高于32mg/L时显著抑制嗜热四膜虫的细胞增殖（P<0.05）,细胞存活率低于50%;在0~64mg/L实验范围内,随GO暴露浓度增加,细胞内活性氧自由基（ROS）和超氧化物歧化酶（SOD）水平呈先升后降的趋势,AchE活性受抑;GO抑制位于线粒体内膜的琥珀酸脱氢酶（SDH）活性,促进细胞质中乳酸脱氢酶（LDH）的释放;64mg/L GO导致四膜虫细胞出现明显凋亡现象.以上结果显示,中低浓度GO（0~8mg/L）暴露下,氧化应激机制对细胞毒性起主要贡献作用;高浓度GO（32和64mg/L）作用下,四膜虫凋亡现象的产生可能是GO抑制其生长作用导致的.     

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.