石墨烯凝胶电极的制备及电吸附Pb2+的性能

电吸附去除水中重金属离子具有吸附容量高和电极可再生的优点.本文采用高温水热法还原氧化石墨烯(GO)得到石墨烯水凝胶(GS)并经压片制得GS电极.本文对GS电极的电化学性能进行了测试,考察了GS电极电吸附Pb~(2+)的动力学和热力学特性,以及电极的脱附和循环使用情况.结果表明,GS电极的电化学性能优异,其单位质量比电容高达200.4 F·g~(-1)(1 A·g~(-1));提高电压有利于GS电极电吸附Pb~(2+),电压为-1.2 V时,GS电极对Pb~(2+)的去除率达96.4%;GS电极电吸附Pb~(2+)的饱和吸附量达461.20 mg·g~(-1),是不加电时饱和吸附量的2倍;施加反向电压可以实现Pb~(2+)的脱附和电极再生,电吸附-脱附15次后,电极对Pb~(2+)的去除率保持在95%以上.     

石墨烯氧化物气凝胶修饰金属阳极促进微生物燃料电池的产电性能

微生物燃料电池（microbial fuel cell,MFC）阳极的比表面积、生物相容性以及导电性被认为是影响微生物燃料电池产电性能的关键因素。三维金属阳极因其导电性强、比表面积较二维电极材料大等优点可用来取代碳基电极。为了提高微生物燃料电池的产电性能,本研究选用2种具有三维结构的不锈钢刷（SSB）和泡沫镍（Ni-foam）为金属阳极基材,并将石墨烯氧化物（GO）通过一步冷冻干燥法合成石墨烯氧化物气凝胶复合金属电极（GOA-SSB/Ni-foam）,将其作为阳极进行MFC的产电性能研究。结果显示：在MFC运行中,GOA-SSB和GOA-Ni-foam作为阳极,最大功率密度分别达到490和119 mW·m-2,比未修饰SSB和Ni-foam提高8.1和5.5倍。扫描电镜（SEM）表征显示三维复合金属阳极表面附着的微生物量远高于未修饰电极,且未修饰的SSB和Ni-foam电极表面较GOA-SSB和GOA-Ni-foam电极表面腐蚀更严重,说明GOA不仅可提升阳极比表面积、生物相容性还可减缓阳极基材的腐蚀。电化学阻抗（EIS）结果表明GOA-SSB和GOA-Ni-foam阳极相比于未修饰阳极能够极大的降低传荷电阻,证实GOA修饰阳极加快了电子传递速率。另外,拉曼（Raman）表征显示Shewanella oneidensis MR-1菌可原位还原GOA,佐证了GOA修饰阳极运行后欧姆内阻降低的原因。     

氧化石墨烯对亚甲基蓝和铜离子的共吸附行为研究

氧化石墨烯(GO)具有高比表面积和丰富的含氧官能团,表面存在着大量的吸附点位,被认为是去除水体污染物的高效吸附剂,而其在有机物-重金属复合污染环境中的吸附行为却鲜有报道.因此,本文采用改良Hummers法制备出GO,通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射(XRD)等物理表征方法对GO的形貌结构和表面官能团进行了表征.随后,侧重研究了GO对有机物及重金属污染物的单独和共吸附行为,选取亚甲基蓝(MB)与Cu(Ⅱ)作为复合污染水体的特征污染物,探讨了不同浓度Cu(Ⅱ)对MB及不同浓度MB对Cu(Ⅱ)的吸附性能的影响.结果表明,不同类型的污染物单独存在时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附量分别为29.13和424.16mg·g-1;而当上述两种污染物共存时,GO对MB和Cu(Ⅱ)的吸附性能均明显下降,这说明MB与Cu(Ⅱ)在GO表面的吸附点位存在着竞争吸附关系,并且MB对Cu(Ⅱ)吸附的抑制作用明显高于Cu(Ⅱ)对MB吸附的影响.     

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。     

磁性氮掺石墨烯活化过硫酸钾降解水中亚甲基蓝

活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的高级氧化技术在水环境污染物治理中引起了广泛的关注和研究.本研究采用水热法制备磁性氮掺石墨烯(M-N-G)作为催化剂.利用SEM、BET、XRD和VSM等手段表征材料,系统研究了该材料活化过硫酸盐降解亚甲基蓝的效能.结果表明:M-N-G的比表面积为94.35 m2·g-1,磁性Fe3O4分布在材料表面,能有效的活化过硫酸钾降解亚甲基蓝.当催化剂的用量为200 mg·L~(-1),过硫酸钾浓度为0.4~0.5 mmol·L~(-1)时,在p H=3~6时对10 mg·L~(-1)亚甲基蓝的降解率达90%以上.体系温度在15~32℃时,降解速率常数在0.0227~0.0488 min-1,反应活化能为33.7 k J·mol-1.EPR分析及自由基漼灭实验证明了体系中有羟基自由基和硫酸根自由基产生.TOC分析结果表明:TOC去除率可达50%.M-N-G经过简单的稀硫酸和水洗后,可高效重复利用4次.该技术方法简单、高效、无二次污染,能为有机污染物废水处理提供一种新的方法选择.     

纳米银与石墨烯对土壤微生物及土壤酶的影响

采用室内暗培养试验分别探究了纳米银与石墨烯对土壤微生物及土壤酶的不同影响.将不同剂量的纳米银(0、10、100、150 mg·kg~(-1))与高纯石墨烯(0、10、100、1000 mg·kg~(-1))分别与等量棕壤充分混匀,然后进行暗培养.在第3、7、15、30和60 d时取样,测定土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶、土壤脱氢酶和土壤过氧化氢酶的活性及土壤细菌、真菌和放线菌的数量,并在培养期间测定土壤呼吸速率及CO2累积量.结果表明,所有纳米银处理均抑制土壤的呼吸作用,并且剂量越高,抑制作用越明显;而石墨烯处理未对土壤呼吸产生显著影响.10 mg·kg~(-1)纳米银处理下,土壤真菌数量在整个培养期内均显著低于对照,土壤细菌在第60 d时也被显著抑制,但土壤放线菌数量无变化;与对照相比,100和150 mg·kg~(-1)的纳米银处理显著降低了土壤细菌、真菌、放线菌的数量.10和100 mg·kg~(-1)的石墨烯处理下,土壤细菌、真菌、放线菌数量则均无显著变化.1000 mg·kg~(-1)的石墨烯显著增加了土壤中细菌与真菌的数量,却对土壤放线菌数量无影响.纳米银处理显著抑制土壤脲酶、脱氢酶活性,却对土壤过氧化氢酶与磷酸酶活性基本无影响.10和100 mg·kg~(-1)石墨烯处理对土壤脲酶有一定的促进作用,1000 mg·kg~(-1)石墨烯处理对土壤过氧化氢酶和脱氢酶有一定的促进作用,而不同剂量的石墨烯在培养后期均对碱性磷酸酶产生抑制作用.总体来说,纳米银在一定程度上对土壤酶及土壤微生物结构产生了负面影响,而石墨烯对土壤酶及土壤微生物结构的影响不明显.     

Novel pipette-tip graphene/poly (vinyl alcohol) cryogel composite extractor for the analysis of carbofuran and carbaryl in water

A novel pipette-tip extractor of a graphene/poly (vinyl alcohol) cryogel (graphene/PVA) composite sorbent was prepared to preconcentrate carbamate pesticides in environmental water samples before analysis with a gas chromatograph-flame ionization detector (GC-FID). This novel pipette-tip extractor with the graphene/PVA sorbent exhibited a high porosity when observed through a scanning electron micrograph (SEM). Under optimal conditions, using only 1.0 mL of sample and 0.75 mL of eluting solvent, the developed method provided a wide linear range of 10–700 ng mL^?1 and 10–500 ng mL^?1 with limit of detection (LOD) of 6.40 ± 0.18 and 9.17 ± 0.34 ng mL^?1 for carbofuran (2,3-dihydro-2,2-dimethylbenzofuran-7-yl methylcarbamate) and carbaryl (1-naphthyl methylcarbamate), respectively. The pipette-tip extractor provided high extraction efficiency with high accuracy indicated, by good recoveries in the range of 74.5 ± 4.8% to 119.7 ± 1.6% and 76 ± 15% to 114 ± 19% for carbofuran and carbaryl, respectively. In addition, the fabrication procedure showed a good pipette-tip extractor-to-pipette-tip extractor reproducibility with a relative standard deviation of 1.3–9.8% (n = 5). When the developed pipette-tip extractor was applied for the extraction of carbofuran and carbaryl in surface water samples near vegetable plantation areas, 25.9 ± 8.2 ng mL^?1 of carbofuran was found, and carbaryl was also detected in concentrations that ranged from 45.0 ± 4.0 to 191 ± 13 ng mL^?1.     

石墨烯对高等植物幼苗的毒性及机理探究

随着石墨烯产品的广泛应用和潜在的环境释放,其对生态环境的影响已引起广泛关注。为探讨石墨烯对高等植物生长的影响,探究了其对黄瓜幼苗和玉米幼苗生长的影响及其致毒机理。结果表明,水培条件下,不同浓度的石墨烯(10、50、100、500、1 000和2 000 mg·L~(-1))处理植物幼苗15 d后,对植物幼苗的生长具有抑制作用。且随着处理时间和石墨烯浓度的增加,植物幼苗生长的所有指标,包括根/地上部鲜重和干重、根长、根尖数、株高和叶面积均相应降低。另外,黄瓜幼苗比玉米幼苗对石墨烯更加的敏感。进一步研究发现,石墨烯与黄瓜幼苗根部直接接触导致的物理损伤、氧化损伤,以及营养耗竭是其致毒机理。而石墨烯对玉米幼苗的致毒机理包括物理损伤和营养耗竭。本研究为石墨烯的环境风险评价提供了基础数据。     

Electroconductive RGO-MXene membranes with wettability-regulated channels: improved water permeability and electro-enhanced rejection performance

● Electroconductive RGO-MXene membranes were fabricated. ● Wettable membrane channels were established between RGO and MXene nanosheets. ● Hydrophilic MXene reduces the resistance of water entering the membrane channels. ● Water permeance of RGO-MXene membrane is 16.8 times higher than that of RGO membrane. ● Electro-assistance can enhance the dye rejection performance of RGO-MXene membrane. Reduced graphene oxide (RGO) membranes are theoretically more conducive to the rapid transport of water molecules in their channels compared with graphene oxide (GO) membranes, as they have fewer oxygen-containing functional groups and more non-oxidized regions. However, the weak hydrophilicity of RGO membranes inhibits water entry into their channels, resulting in their low water permeability. In this work, we constructed wettable RGO-MXene channels by intercalating hydrophilic MXene nanosheets into the RGO membrane for improving the water permeance. The RGO-MXene composite membrane exhibits high pure water permeance of 62.1 L/(m²·h·bar), approximately 16.8 times that of the RGO membrane (3.7 L/(m²·h·bar)). Wettability test results and molecular dynamics simulations suggest that the improved water permeance results from the enhanced wettability of RGO-MXene membrane and increased rate of water molecules entering the RGO-MXene channels. Benefiting from good conductivity, the RGO-MXene membrane with electro-assistance exhibits significantly increased rejection rates for negatively charged dyes (from 56.0% at 0 V to 91.4% at 2.0 V for Orange G) without decreasing the permeate flux, which could be attributed to enhanced electrostatic repulsion under electro-assistance.     

AC-GO空气阴极对微生物燃料电池产电性能的影响

考察了氧化石墨烯（GO）修饰活性炭（AC）空气阴极（AC-GO阴极）对微生物燃料电池（MFC）产电性能以及有机物去除率的影响。实验结果表明,向AC阴极中掺杂一定量的GO可以降低阴极的内阻,提高阴极电化学反应速率。其中,GO掺杂量为0.5 mg·cm-2的AC-GO0.05阴极性能最好,该AC-GO0.05阴极MFC体系的最大功率密度（Pmax）为767 mW·m-2,是空白AC阴极体系Pmax（459 mW·m-2）的1.7倍,化学需氧量（COD）去除率和库伦效率（CE）均明显高于空白AC阴极体系。