氧化石墨烯辅助的超分子骨架膜用于水包油型纳米乳液的高效分离

制备可以同时高效且高通量地处理纳米乳液的超浸润材料仍然具有挑战。为此,本文提出了一种通过在超分子骨架纳米片上修饰氧化石墨烯以增强亲水性的策略。通过将两种具有片状形态的材料连续抽滤于商业基质上,可制备得到氧化石墨烯辅助的超分子骨架复合膜,并用于分离具有纳米尺寸液滴的水包油乳液。骨架一方面通过均匀的纳米孔拦截乳液中分散的微小液滴,另一方面也通过带负电的表面提供静电相互作用来驱动破乳过程发生。具有良好亲水性的氧化石墨烯赋予膜材料改善的亲水能力和水合层。该复合膜具有纳米级的截留尺寸、带负电的表面和水下疏油性,并且还获得了高的水通量和耐油污染性。基于尺寸筛分和破乳效应,该复合膜可有效地去除分散在水包油乳液中由非离子、阴离子和阳离子表面活性剂稳定的纳米油滴。特别是对于离子型乳液,在分离后动态光散射未检测出残留液滴。滤液中总有机碳含量小于10 ppm,对应着大于99.9%的分离效率,优于许多国家和组织的标准。在各种乳液的分离过程中,复合膜表现出较高的分离渗透性,约为原始骨架膜的3.5倍。此外,具有防污效果的复合膜获得了较高的通量回收率,通过简单的水洗处理即可实现5次具有稳定分离性能的循环。该复合膜在重复使用过程中没有组分损失,在150℃内具有热稳定性,并能抵抗腐蚀性化学环境。在本工作中,我们试图将具有不同结构特性和表面特性的两种组分结合,通过简单的方法制备复合膜,并在功能协同作用下实现水包油型纳米乳液的高性能分离。

不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H_(2)O/HDO

核电站运行产生的放射性氚化水(HTO)的处理涉及到H_(2)O/HTO分离难题。实验室研究常把无放射性H_(2)O/HDO(氘化水)分离作为研究模型来代替H_(2)O/HTO分离。近年来,基于多层氧化石墨烯(graphene oxide,GO)膜的膜蒸馏分离工艺显示出较好的H_(2)O/HDO分离效果,但进一步提高分离性能仍需开发新型膜材料或结构。本工作采用不同横向尺寸单层GO制备聚四氟乙烯(PTFE)支撑的氧化石墨烯复合膜用于研究膜蒸馏分离H_(2)O/HDO:(1)选用两种不同横向尺寸的单层GO研究GO横向尺寸对膜的H_(2)O/HDO分离性能影响,基于横向尺寸较小GO膜的渗透通量和分离因子分别可达0.944 L/(m^(2)·h)和1.043,整体分离性能比基于横向尺寸较大GO膜高;(2)为结合不同横向尺寸单层GO的结构特点,把不同横向尺寸单层GO混合制备复合膜,当两种石墨烯质量比例为1∶1时,所得GO复合膜的渗透通量可达0.806 L/(m^(2)·h),比基于横向尺寸较大GO复合膜的渗透通量高,而两者分离因子相近;(3)对横向尺寸较大GO进行刻蚀处理,可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。结果表明:单层氧化石墨烯的横向尺寸可影响膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;基于横向尺寸较小单层氧化石墨烯或混合不同横向尺寸单层氧化石墨烯制备的膜具有较好的膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;并且刻蚀处理横向尺寸较大GO也可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。因此,本工作可指导后续发展新型膜材料或膜结构以实现H_(2)O/HDO分离效果更好的膜蒸馏工艺,为含HTO的放射性废水处理问题提供解决方案。

溶液酸碱性对氧化石墨烯自组装成膜结构与性能的影响

相比石墨烯,氧化石墨烯(GO)在稳定性、可溶性、功能化修饰和作为载体的应用等方面颇有优势,使得其在催化、分离过滤、传感、储能等领域中更具实际可行性和应用价值。在GO的宏观组装过程中,溶液酸碱性强烈地影响GO自组装过程,但其中的影响规律尚不明晰。因此,通过调控高浓GO溶液的pH值制备GO厚膜,研究了GO与分散介质之间的相互作用力变化对GO组装及宏观组装材料性能的影响。研究结果显示,厚GO膜的各项性能随着溶液pH值的变化而有显著差异。当GO溶液的pH值为弱碱性(pH值为9)时成膜,GO膜的拉伸强度达到229.29 MPa,是pH值为4时GO膜强度的7倍以上,同时,当GO溶液的pH值为9时成膜,GO膜的电导率为27800 S/m,是pH值为4的1.7倍以上。一系列分析结果表明,当溶液pH值为弱碱性时,GO表面的部分羟基和羧基被还原,使得片层上同时存在氧化区域和sp^(2)碳区域,氢键作用力和静电排斥作用力诱导片层的面面排列,而π-π作用力驱动片层的紧密堆积,当sp^(2)碳区域的比例接近氧化区域时,其组装驱动力从氢键相互作用力主导转变为由氢键和π-π相互作用共同诱导。最终发现,当两种作用力的比例相差较大时,会导致片层堆积间距较大(氢键作用力更大)或堆积排列有序性降低(π-π相互作用更大)。因此,在以GO为主要成分制备宏观材料时,溶液的酸碱环境将极大影响组装结构的有序性和应用性能,本研究对石墨烯基宏观材料的结构设计和性能提升具有一定的启发意义,石墨烯薄膜具有优异的导热性和导电性、柔韧性和坚固性,可以作为电子产品的候选者。

PLGA/赖氨酸接枝氧化石墨烯纳米粒子复合支架对MC3T3细胞成骨分化的影响

背景:骨损伤后如何有效促进骨再生和骨重建一直是临床骨修复研究中的关键问题,利用生物和降解材料搭载生物活性因子在骨修复中具有优秀的应用前景。目的:探究赖氨酸接枝氧化石墨烯(LGA-g-GO)纳米粒子改性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)复合支架对成骨分化及新骨形成的影响。方法:将PLGA溶于二氯甲烷中,利用溶剂挥发法制备PLGA支架;将氧化石墨烯均匀分散于PLGA溶液中制备PLGA/GO复合支架;利用化学接枝法制备LGA-g-GO纳米粒子,将LGA-g-GO纳米粒子按不同的质量比(1%,2%,3%)与PLGA共混构建出PLGA/LGA-g-GO复合支架。表征5组支架的微观形貌、亲水性、蛋白吸附能力。将MC3T3细胞分别接种于5组支架表面,检测细胞增殖与成骨分化情况。结果与结论:①扫描电镜下可见PLGA支架表面光滑平坦,其余4组支架表面粗糙,并且随着LGA-g-GO纳米粒子加入量的增加,复合支架的表面粗糙程度加重;PLGA/LGA-g-GO(3%)复合支架的水接触角低于其他4组支架(P<0.05);PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)复合支架的蛋白吸附能力强于PLGA、PLGA/GO支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)复合支架可促进MC3T3细胞的增殖;碱性磷酸酶染色与茜素红染色显示,PLGA/LGA-g-GO(2%,3%)组细胞碱性磷酸酶活性高于其他3组(P<0.05),PLGA/GO组、PLGA/LGA-g-GO(1%,2%,3%)组钙沉积多于PLGA组(P<0.05);③结果表明,PLGA/LGA-g-GO复合支架能够促进成骨细胞的增殖和成骨分化,有利于骨损伤后的骨再生和骨重建。

氧化石墨烯-银/氧化石墨烯/壳聚糖复合抗菌敷料的制备与分析

采用改进的Hummer法和超声波剥离法制备氧化石墨烯,并在新制的氧化石墨烯悬液中加入银氨溶液和绿色葡萄糖,得到氧化石墨烯-银(GO-Ag)纳米粒子,将其加入壳聚糖和氧化石墨烯中,获得氧化石墨烯-银/氧化石墨烯/壳聚糖(GO-Ag/GO/CS)复合材料.采用SEM、XRD、TG、拉伸实验和抗菌实验等方法分析了GO-Ag/GO/CS复合材料的结构和性能.SEM和XRD分析结果表明,GO-Ag与氧化石墨烯和壳聚糖基体成功复合.拉伸实验结果表明,GO的加入能够显著提高GO-Ag/GO/CS复合材料的拉伸强度,尤其是湿态拉伸强度.热失重分析结果表明,GO的引入对壳聚糖基体的热稳定性影响较小.抗菌实验结果表明,当GO-Ag的添加量为5.0 mg时,GO-Ag/GO/CS对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别可达98.04%和100%,展现出优异的抑菌效果.

氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物复合膜的制备及抗牛血清白蛋白性能

生物附着是水环境使用设施污损的主要原因,在材料表面形成有机物或微生物膜是生物附着的第一步,如能抑制初期有机物膜的形成则可有效抑制进一步的附着生长,从而减少生物污损对水环境设施的危害。有机物膜主要由蛋白质及多糖组成,将具有抑制多糖和蛋白质附着功能的材料应用于设施表面,可阻止污损发生。由此,本工作以GO/In_(2)O_(3)复合材料为填料、PAZFP树脂乳液为基体,制备了一种具有微/纳米表面结构和低表面能的新型有机/无机复合涂料——氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物(GO/In_(2)O_(3)/PAZFP)复合膜,并对其抗蛋白性能进行了研究。研究结果表明,In_(2)O_(3)纳米颗粒为立方结构,粒度在20~60 nm之间,均匀地负载在GO上。GO具有较大的比表面积,为In_(2)O_(3)颗粒的加载提供了大量的活性位点,从而阻止了In_(2)O_(3)颗粒的团聚,降低了In_(2)O_(3)电子-空穴对重新复合的概率。通过填料和涂层对牛血清白蛋白(BSA)溶液吸附降解性能进行研究,结果表明,在暗环境中,复合薄膜对BSA蛋白具有一定的吸附作用;在自然光和紫外光下,复合膜具有较强的光催化降解蛋白性能。利用光催化和在PAZFP涂膜表面掺入含氟单体,复合膜表现出协同防污作用,具有较好的抗蛋白能力。

氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的性能研究

近年来,氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜凭借其稳定高效的光热性能,受到科学家的广泛关注。但目前研究者大多重点关注其光热响应行为及使用场景,并未系统研究外界刺激的强弱和复合膜自身的尺寸大小对其响应性能的影响。本文采用旋涂的方法在制备的具有固定取向的液晶薄膜上涂覆一层氧化石墨烯,制备了具有不同液晶分子取向的氧化石墨烯/液晶弹性复合膜,可以实现红外光和温度的双重刺激响应,并对其进行了响应性能和形变规律的表征和分析。实验结果表明,氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜是一种红外-热响应型的复合膜,该复合膜由于裁剪方向的不同,会呈现2种不同的形变规律,以此为基础,研究了不同强度外场刺激下复合膜的响应特性,以及复合膜自身尺寸的不同对复合膜响应特性产生的影响。发现1型复合膜的响应性能主要受宽度影响,2型复合膜的响应性能主要受长度影响,为氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的应用提供了基础。使用该复合膜制备了仿生光热驱动器,证明了其在生物仿生领域的潜力。

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法,以聚酰胺纳滤膜为基膜,制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征,结果表明,氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能,并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1),相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能,并且在保持较高通量的同时,对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路,为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。

石墨烯-氧化锌纳米棒复合材料的超声法制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料,用浓硝酸对其插层后膨胀制备出膨胀石墨,以滚压振动磨预处理的超细微锌粉为锌源,以蒸馏水和无水乙醇作为分散剂,经30kHz的超声波处理8h即得到复合结构良好的石墨烯-氧化锌纳米棒复合光催化剂(ZnO/G),考察了锌粉和膨胀石墨不同比例对复合材料光催化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱分析仪(UV-Vis)等测试手段对复合光催化剂进行表征,结果表明,复合材料中的氧化锌纳米棒呈现出六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在石墨烯表面上,其直径大约为20nm。不同比例制得的复合材料对甲基橙的降解效率差别较大,其中锌粉为1.0g时,复合材料的光催化性能明显优于等量的氧化锌纳米棒材料。

石墨烯-氧化锌复合材料及其电化学性能

采用Hummers法制得氧化石墨,再经溶剂热法一步合成石墨烯-氧化锌复合材料(GZO).在6 mol·L-1氢氧化钾电解液中,测试循环伏安曲线、交流阻抗谱图和计时电位曲线.结果表明,石墨烯-氧化锌复合材料电极的比电容为115 F·g-1,具有较好的循环寿命,改善了超级电容器的性能.

氧化石墨烯基17β-雌二醇复合膜的制备和表征

为了提高检测雌激素类内分泌干扰物的响应速度、检测灵敏度,提出一种雌激素类内分泌干扰物的分子印迹杂化材料的制备方法.以氧化石墨烯为载体,成功制备出氧化石墨烯基分子印迹聚合物复合膜(GOMIP),其厚度约为3.707 nm.通过红外光谱(FTIR)、高倍透射电镜(HRTEM)、原子力显微镜(AFM)等测试手段对其进行分析表征,并将其应用于饮用水中雌激素类内分泌干扰物的快速响应及高灵敏检测.吸附性能实验研究表明:GO-MIP对17β-雌二醇的吸附平衡时间大约为40 min,最大饱和吸附量为22.69 mg/g,证实了GO-MIP对17β-雌二醇具有较快的吸附效率和良好的吸附选择性.

钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料的合成与电化学性能

以氧化石墨烯(GO)为基底,钛酸四丁酯、一水合氢氧化锂、六水合硝酸钇为原料,十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂,采用溶剂热法合成前驱体,在N2气氛保护下高温煅烧合成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。采用SEM、XRD、EDS、Raman对复合材料进行了形貌、结构和成分表征。将复合材料用作锂离子电池负极材料,采用循环伏安法、恒流充放电循环法研究了其电化学性能。结果表明,片状钛酸锂包覆在氧化石墨烯片上形成了钇掺杂钛酸锂/氧化石墨烯纳米复合材料。在100 mA/g的电流密度下,钇掺杂量为8%(以钛酸锂的物质的量为基准,下同)的纳米复合材料的首次放电比容量为145.5mA·h/g,经过100圈充放电循环后容量衰减几乎为0,经过200圈循环后容量衰减1.59%,经过300圈循环后容量衰减3.24%,与目前容量保持率只有80%左右的石墨负极相比有明显的改进。钇元素的掺杂和钛酸锂包覆氧化石墨烯形式的复合材料可以减小钛酸锂电极在充放电循环中的极化程度,从而改善了材料的循环性能。

氧化石墨烯/三角形金纳米片/Nafion复合膜修饰电极对L-色氨酸的灵敏检测

采用晶种生长法制备了形状均一、导电性良好的三角形金纳米片(Au TNPs),并以氧化石墨烯(GO)为载体,聚阴离子Nafion为保护剂,将其修饰在玻碳电极(GCE)表面,制得氧化石墨烯/三角形金纳米片/Nafion复合膜修饰电极(GO/Au TNPs/Nafion/GCE).利用扫描电子显微镜和原子力显微镜对纳米复合材料的形貌进行表征,采用循环伏安法(CV)和示差脉冲伏安法(DPV)探讨了L-色氨酸(L-Trp)在不同修饰电极上的电化学行为.结果表明,GO/Au TNPs/Nafion/GCE对L-Trp表现出良好的电催化氧化特性.在0.10 mol/L的PBS缓冲溶液(p H=3.5)中,该修饰电极的响应峰电流与L-Trp的浓度存在良好的线性关系,线性范围为4.000×10^(-8)~6.000×10^(-5)mol/L,检出限为1.000×10^(-8)mol/L(S/N=3).该电极具有良好的重现性、稳定性和抗干扰能力.将该电极用于猪血清样品中L-Trp的测定,回收率为93.1%~105.9%,说明该电极在健康养殖生化检测领域有潜在的应用价值.

基于Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜修饰玻碳电极的一氧化氮生物医学传感

通过简单可控的滴涂成膜法和电聚合法,将Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜固定于玻碳电极表面,构建了一种新型NO生物医学传感界面。电化学表征表明,纳米复合膜对于NO的电化学氧化具有良好的催化效应。借助于电子扫描显微镜技术和电化学交流阻抗技术对纳米复合膜的电催化机理进行了探讨,并对传感器的性能进行了考察。结果表明,该传感器具有较宽的线性范围(1.0×10^(-7)~5.1×10^(-4) mol/L),检出限低至1.8×10^(-8) mol/L。方法具有重现性好、稳定性好、灵敏度高以及抗干扰能力强等优点。将该传感器应用于小鼠母瘤神经细胞释放NO的监测,取得了令人满意的结果。

新型薄层氮化碳/氧化石墨烯复合材料的制备及在锌-空气电池中的应用

本研究通过简单的自上而下的方法成功改进了氮化碳材料,并通过引入氧化石墨烯制备出薄层的石墨烯复合材料(CoO_(x)/PCN/RGO),该复合材料在氧还原反应和氧析出反应中表现出良好的双功能电催化活性(ΔE=0.95 V)和稳定性。CoO_(x)/PCN/RGO复合物作为锌-空气电池的阴极材料时,显示出优于Pt/C+Ir/C的充放电性能。CoO_(x)/PCN/RGO复合材料的优异催化性能主要归因于其薄层结构、大的比表面积和充分暴露的活性中心。

5,10,15,20-四苯基卟啉锌/氧化石墨烯复合材料的制备及其在光降解罗丹明B中的应用

氧化石墨烯(GO)因其独特的物理化学性质,已被广泛应用于能源材料、太阳能电池和催化反应等领域。制备了5,10,15,20-四苯基卟啉锌/氧化石墨烯复合材料(ZnTPP/GO),通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、透射电子显微镜(TEM)、荧光发射(PL)等手段对该复合材料进行了表征,并研究了该复合材料对罗丹明B的光降解性能。结果表明,在可见光下该复合材料对罗丹明B溶液具有较好的光催化降解效果。该研究为进一步提高光降解有机污染物的性能提供了有价值的参考。

二氧化硅-氧化石墨烯复合物固相萃取-高效液相色谱法检测植物油中黄曲霉毒素B_1、B_2

以二氧化硅-氧化石墨烯复合物为固相萃取材料,建立了植物油中黄曲霉毒素B1、B2的高效液相色谱（HPLC）检测方法。优化的条件为：复合材料的最佳用量为0.15 g,最佳萃取时间20 min,洗脱溶剂为乙腈,洗脱次数为2次。结果表明,在优化条件下,建立的二氧化硅-氧化石墨烯复合物固相萃取-高效液相色谱法对黄曲霉毒素B1、B2的检出限分别为0.17和0.05μg/L。将本方法应用于植物油实际样品的检测中,加标回收率在81.4%~105.3%之间,相对标准偏差为1.3%~8.6%。

石墨烯量子点-银纳米颗粒复合物用于过氧化氢和葡萄糖比色检测

以石墨烯量子点(GQDs)为还原剂和稳定剂在其表面原位生长银纳米粒子(AgNPs),制备了具有良好分散性的GQDs/AgNPs纳米复合物,其粒径小于30 nm。GQDs/AgNPs纳米复合物具有类过氧化物酶的催化活性能有效催化H_2O_2氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)并发生显色反应。稳态动力学分析表明GQDs/AgNPs催化动力学遵循典型的Michaelis-Menten模型,其催化机理符合乒乓机制。与辣根过氧化物酶(HRP)相比,GQDs/AgNPs纳米复合物具有更强的亲和性。基于GQDs/AgNPs的催化活性和葡萄糖氧化产生H_2O_2的原理建立了H_2O_2和葡萄糖的比色检测方法,检出限分别为0.18和1.6μmol/L。将本方法应用于血浆中葡萄糖的检测分析,结果与标准方法相符。

氧化石墨烯增强卡拉胶复合膜的制备与性能

在Hummers法基础上制得了氧化石墨烯(GO),采用流延法制备了氧化石墨烯/κ-卡拉胶(GO/κ-Car)复合膜材料.结合红外光谱、扫描电子显微镜及热重分析对其结构进行表征.探讨了不同条件所得膜的成膜性、溶解性、透气性和力学性能,得到性质稳定GO/κ-Car复合膜的制备条件为15.0 g 3%的κ-Car溶液、0.040 g GO粉末及5.0 g 8%的PVA溶液于75℃搅拌混合5 h后,流延铺平,于30℃烘干6.5 h.GO质量分数为5%的GO/κ-Car复合膜的最大负荷、拉伸强度及杨氏模量分别是对照组κ-Car膜的1.5倍、1.5倍和1.6倍.同时,GO/κ-Car复合膜具有较强的透气性能,且保留了κ-Car清除羟基自由基的生物性能.

氧化石墨烯-离子液体溶液在金属界面的超滑机理研究

利用氧化石墨烯(GO)纳米片作为离子液体水溶液[IL(aq)]添加剂制得IL(aq)+GO复合溶液.利用该溶液润滑轴承钢摩擦副时获得了超低的摩擦系数(μ≈0.009),达到超滑水平.分析结果表明,IL在轴承钢表面形成的化学反应膜(含磷化物和氟化物等)和流体膜具有较好的减摩性,但摩擦系数无法达到超滑水平.而GO在轴承钢表面形成的GO吸附膜可承担部分载荷,并将剪切界面从钢/钢界面转变为GO层间低剪切滑移,进一步降低接触区的摩擦阻力,进而实现超滑.该研究中利用二维材料和液体分子的共同作用在金属摩擦副上实现超滑,为固-液复合溶液以及超滑的工程应用提供研究基础.