基于金属有机框架/氧化石墨烯半自动化管尖固相萃取-高效液相色谱法测定食品中的槲皮素

基于水热法制备了金属有机框架/氧化石墨烯(Cu-MOF/GO)复合材料为管尖固相萃取吸附剂,结合高效液相色谱法建立了食品中槲皮素的分析方法。利用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对Cu-MOF/GO复合材料进行了表征。实验优化了样品pH、吸附材料用量、样品流速、洗脱剂种类及体积、样品体积等实验条件。结果显示,20mg吸附材料可在25min内完成溶液中(pH6.0)96%槲皮素的吸附,以1mL的0.1%甲酸-甲醇洗脱槲皮素,在最佳实验条件下,槲皮素在0.1~120μg/L范围内线性关系良好,相关系数为0.9993,检出限为0.066μg/L。实际样品的回收率为87.4%~109.5%,相对标准偏差为1.7%~4.9%。该复合材料对槲皮素的饱和吸附容量为196.0mg/g,且可多次重复使用。所建立方法操作简便、灵敏度高、准确度好,为不同食品中槲皮素的检测提供了新方法。

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。

石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺研究进展

光催化剂因其具有强氧化性、高化学稳定性、环保、无毒性等优点,广泛应用于污水处理、空气净化、疾病治疗、环境修复等领域。为改善纳米光催化剂的光响应范围,添加石墨烯基系列材料已成为国内外的研究热点。综述了石墨烯基材料与半导体金属氧化物复合光催化剂研究现状,总结了不同制备工艺对石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂形貌结构和光催化性能的影响,对各类制备工艺的优缺点进行了比较,并指出了相关工艺需要克服的关键技术问题,展望了石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂未来发展方向,以期为提高半导体金属氧化物的光催化性能和石墨烯基/半导体金属氧化物复合光催化剂制备工艺的优化提供参考。

钴镍双金属氢氧化物/石墨烯电控分离膜排异性回收废水中低浓度磷酸盐

采用滴涂结合电化学沉积两步法制备了一种具有优良电活性的三维花状钴镍双金属氢氧化物/石墨烯(CoNi-LDH/G)杂化膜,用于电控离子交换过程(electrically switched ion exchange,ESIX)吸附水溶液中低浓度的磷酸根(PO_(4)^(3-))离子。结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对CoNi-LDH/G杂化膜进行形貌、组成及结构表征。采用电化学方法考察了该杂化膜在不同吸附电压、不同初始浓度、共存离子及不同pH值条件下对PO_(4)^(3-)吸附性能的影响。实验结果表明:通过调节氧化还原电位,即使在低浓度下,杂化膜对PO_(4)^(3-)也具有良好的吸附性能,且可以在较宽的pH值(4~10)范围内使用,同时受共存离子及其浓度变化影响甚小。此外,G对PO_(4)^(3-)的吸附容量为1.10 mg·g^(-1),CoNi-LDH对PO_(4)^(3-)的吸附容量为11.74 mg·g^(-1),二者吸附容量之和小于CoNi-LDH/G对PO_(4)^(3-)的吸附容量(16.25 mg·g^(-1))。同时,结合O1s的XPS数据分析发现,CoNi-LDH/G杂化膜对PO_(4)^(3-)的吸附过程除了层间阴离子交换、PO_(4)^(3-)与层板金属离子配位的配体交换外,还存在G与CoNi-LDH之间的协同效应。

金属有机框架掺杂氧化石墨烯对水中锑的吸附研究

以金属有机框架(MOFs)MIL-53(Fe)为基体,成功将氧化石墨烯(GO)掺杂于其中,制备了GO@MIL-53(Fe)复合材料。采用扫描电镜、比表面积分析、红外光谱分析、X射线衍射、X射线光电子能谱等对制备的材料进行表征分析,考察了其在水溶液中对Sb(Ⅴ)的吸附性能。在通过响应面实验找到吸附最适条件的基础上,探究了共存离子对其吸附的影响。结果表明,Sb(Ⅴ)的最优吸附条件:Sb(Ⅴ)初始质量浓度为23.22 mg/L,吸附时间为2.7 h,吸附剂投加量为27.22 mg,反应温度为34.63℃,pH=4.13,此条件下,Sb(Ⅴ)去除率可达99.11%。实验吸附过程符合准二级吸附动力学模型(R^(2)=0.997)和Langmuir吸附等温线(R^(2)=0.991),2%GO@MIL-53(Fe)在318 K时的最大单分子吸附量为180.2 mg/g,并且吸附过程为自发进行;废水中CO_(3)^(2-)对Sb(Ⅴ)的吸附有抑制作用;经过4轮吸附-解吸实验,2%GO@MIL-53(Fe)仍保持70%以上的去除率,具有良好的洗脱再生和回收性能。

氧化石墨烯-Cu金属有机框架固相萃取-电感耦合等离子体质谱法测定环境水中痕量铅

目的制备1种吸附环境水样中重金属元素铅的氧化石墨烯-金属有机框架材料(GO/Cu-MOFs),并采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行定量检测。方法对萃取环境水样中铅元素的条件进行优化,再用ICP-MS测定。结果成功制备Cu-MOFs和GO/Cu-MOFs,两者红外图谱相似度很高。以GO/Cu-MOFs作为固相萃取材料,在最优化的实验条件下(样品100 mL,溶液pH=6,吸附剂用量25 mg,萃取时间15 min,洗脱剂1.0 mL 0.1 mol/L EDTA)萃取后,进行ICP-MS分析,铅元素在0.05~50.0μg/L质量浓度范围内线性良好,相关系数为0.9996,检出限为0.01μg/L,定量限为0.03μg/L,主要共存离子对检测均无显著影响。对铅质量浓度为5.00μg/L标准样品进行检测,方法回收率为90.0%~100.4%,相对标准偏差(RSD)为0.8%~3.1%。结论建立的氧化石墨烯-Cu金属有机框架固相萃取-电感耦合等离子体质谱法适合测定环境水中痕量铅。

金属负载氧化石墨烯对CO_(2)水合物生成的动力学特性研究

针对CO_(2)在水合物生成过程中生成速度慢、储存能力低、生成条件苛刻等问题,以双金属Cu、Al负载氧化石墨烯(GO)为添加剂,进行了CO_(2)水合物生成的动力学特性研究。对制备的GO-Cu-Al进行TEM、EDS、XPS表征及稳定性分析;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,对GO-Cu-Al体系进行CO_(2)水合物生成动力学实验,分析了GO-Cu-Al的质量分数对CO_(2)水合物生成的诱导时间、反应时间、气体消耗量和储气量的影响,并针对单金属负载体系与双金属负载体系对CO_(2)水合物生成的影响进行了对比分析。结果表明,双金属Cu、Al可均匀地负载至GO上,且稳定性良好;在274.15 K、3.0 MPa的条件下,当GO-Cu-Al的质量分数为50μg/g时,CO_(2)水合物生成的诱导时间为85 min,反应时间为170 min,气体消耗量为0.216 mol,储气量为123.81 cm^(3)/cm^(3)。与纯水体系相比,其诱导时间、反应时间约为纯水体系的1/4、1/7,气体消耗量和储气量也均有提升;与单金属负载体系相比,其诱导时间为单金属体系的1/2,反应时间为单金属体系的1/5,储气量提升明显。

化学接枝氨基化碳纳米管桥接金属有机骨架储存二氧化碳研究

通过化学方法在多壁碳纳米管(CNT)表面引入氨基,并利用超支化聚乙烯亚胺(PEI)将其桥接到金属有机骨架(MOFs),合成一种具有吸附CO_(2)能力的新型复合材料。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、CO_(2)吸附-脱附等方法对制备的新型复合材料的吸附性能、热稳定性及形貌等进行表征。结果显示,通过添加超支化PEI制备的复合材料,具有优异的CO_(2)吸附性能,其表面丰富的多氨基位点促进了CO_(2)的存储。氨基化后的CNT与MOFs的协同作用,进一步改善了复合材料的CO_(2)储存能力,吸附量达到462.33cm^(3)/g,同时增强了材料的热稳定性能。

基于光热利用的金属有机骨架/石墨烯复合膜对印染废水的再生处理

为促进金属有机骨架(MOF)在印染废水处理中的应用,采用真空抽滤法制备了高性能金属有机骨架/石墨烯光热复合材料,通过界面蒸发方式对印染废水进行再生利用。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见-近红外漫反射光谱仪等手段,对膜材料进行微观结构和光学性能的表征,研究了膜光热性能及废水光热蒸发性能。结果表明:沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8改变了石墨烯微观构造并提高了光热转换效率,1个模拟太阳光下,膜表面温度升至97.6℃;印染废水再生处理结果显示,在1.0 kW/m^(2)的光照下,纯水的蒸发速率可达1.34 kg/(m^(2)·h),光热利用率为91.2%,对废水中有机污染物、色度及盐分的截留超过99.6%;复合膜性能稳定,重复使用7次后通量仍无明显降低。通过MOF简单地修饰石墨烯材料,显著提升了二维碳基材料的光热性能,具有较好的印染废水处理应用前景。

金属-有机骨架复合材料Cu-1,3,5-苯三甲酸/氧化石墨烯对亚甲基蓝的吸附性能研究

利用金属-有机骨架复合材料Cu-1,3,5-苯三甲酸/氧化石墨烯(Cu-BTC/GO)作为吸附剂,研究了其对水相中亚甲基蓝的吸附行为。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱、热重分析及比表面积分析等手段对该复合材料的结构进行表征。探讨了温度、pH和亚甲基蓝初浓度等因素对Cu-BTC/GO吸附性能的影响。结果表明:在pH=7、30℃的条件下,125mg/L Cu-BTC/GO对10mg/L亚甲基蓝有优异的吸附能力;Cu-BTC/GO对亚甲基蓝的吸附动力学数据符合准二级动力学方程,吸附模型符合Langmuir等温吸附方程;通过Langmuir模型计算可知,该复合材料对亚甲基蓝的最大吸附量可达480.77mg/g。

氧化石墨烯基材料吸附重金属阳离子研究进展

环境污染中的重金属阳离子通过生物链进入人体,并在体内不断累积,严重影响人体健康。因此,有效去除重金属阳离子是目前社会研究热点。氧化石墨烯(GO)具有较大的表面积、可功能化改性的官能团及其优良的力学性能等特点,在去除重金属阳离子方面的研究获得了巨大进展。氧化石墨烯通过表面官能团改性引入对重金属具有很强亲和力的杂原子,是解决其团聚倾向和处理后分离困难的有效途径。综述了具有含氧、含氮、含硫表面官能团功能化GO复合材料在重金属阳离子吸附中的应用,展望了GO复合材料吸附重金属阳离子未来研究方向。

还原氧化石墨烯/酚醛杂化气凝胶的制备与性能研究

基于溶胶-凝胶技术,通过物理共混和常压干燥方法,制备了还原氧化石墨烯/酚醛树脂(RGO/PR)杂化气凝胶,考察了RGO/PR杂化气凝胶微观结构、热稳定性和介电性能随RGO含量的变化规律,并探索其作为防隔热/吸波复合材料基体的应用性能。结果表明:RGO片层结构均匀分散在酚醛气凝胶骨架中,RGO的加入可以有效提升气凝胶的热稳定性,当添加RGO的质量分数为4%时,杂化气凝胶的Tmax提升17.28℃;RGO对RGO/PR的介电性能有显著影响,2 GHz介电常数实部由2.6增加到4.7,可以实现对PR气凝胶电性能的灵活调控;气凝胶厚度为20 mm时,最低反射损耗小于-10dB;石英纤维增强RGO/PR杂化气凝胶经500 s表面温度为1200℃的烧蚀后,最大背温仅为186.31℃,表现出良好的防隔热性能。

石墨烯纳米筛负载钴铁双金属层状氢氧化物的制备及其在重金属离子电化学传感中的应用

本文采用自组装-碳热造孔-刻蚀的方法将钴铁双金属层状氢氧化物(Co_(3)FeLDH)与石墨烯纳米筛(HG)复合,进而制备了基于Co_(3)FeLDH/HG复合材料的电化学传感器,用于同时检测水中Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)。由于HG的高比表面积、多孔性和良好的导电性,以及Co_(3)FeLDH阵列结构对重金属离子的强亲和性,所制备传感器表现出良好的分析性能。实验结果显示,Pb^(2+)与Cd^(2+)的峰电流与浓度在1~1500μg·L^(-1)、Zn^(2+)峰电流与浓度在5~1800μg·L^(-1)范围线性关系良好,方法对Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的检测限分别达2.41 nmol·L^(-1)、4.45 nmol·L^(-1)和15.38 nmol·L^(-1),大大低于世界卫生组织(WHO)允许的生活水中3μg·L^(-1)(27 nmol·L^(-1))、10μg·L^(-1)(48 nmol·L^(-1))和1 mg·L^(-1)(33 mmol·L^(-1))的阈值。所制备的电化学传感器具有良好的稳定性和重现性,在环境分析检测方面具有良好的应用前景。

氧化石墨烯/金属离子复合改性沸石体外吸附花生粕中黄曲霉毒素B_(1)性能研究

在动物饲料中添加吸附剂是减轻真菌毒素污染不良影响的有效途径。为了制备饲料黄曲霉毒素B_(1)(AFB_(1))高效脱毒剂,采用固相分散法制备了氧化石墨烯/金属离子复合改性沸石,通过研究其在模拟胃环境(pH=2)和肠环境(pH=6.8)下对花生粕中AFB_(1)的体外吸附率,筛选出最优复合改性沸石,并对其进行结构表征及吸附性能研究。结果表明:氧化石墨烯/钙离子复合改性沸石(GO-Ca-Z)对花生粕中AFB_(1)的吸附率最高;其具有丰富的孔隙;在pH为2和6.8的环境下,GO-Ca-Z(2∶1)(GO与Ca-Z的质量比为2∶1)的最大吸附量分别为0.046 mg/g和0.036 mg/g,与未改性的沸石相比,吸附量分别提高了2.42和3倍;吸附过程符合准二级模型,说明化学吸附在吸附体系中起到主要作用;经过酸浸泡后GO-Ca-Z(2∶1)比表面积和总孔体积显著增加,说明酸处理有利于提高材料的吸附性能。

氧化石墨烯对纳米金属陶瓷复合镀层组织性能影响

目的 提高纳米金属陶瓷复合镀层硬度、耐磨性,以及耐蚀性。方法 在镀液中添加了氧化石墨烯(GO),在合金的基体上制备了Ni-TiN-GO的复合镀层,并对镀层组织结构、成分、显微硬度、耐磨性和耐蚀性进行表征及分析,探究GO的添加量对其组织性能的影响,确定最适宜的GO添加量。结果 最适宜GO含量为0.3 g/L,所得镀层表面平整致密,与基体结合良好,厚度为8.64μm。晶面表现为双择优取向,晶粒尺寸最小,显微硬度最大,分别为22.8 nm和1 529.1HV。摩擦磨损测试表明摩擦因数为0.8,主要以磨粒磨损为主,具有良好耐磨性能。Ni-TiN-0.3g/LGO复合镀层自腐蚀电流密度较基体和Ni-TiN镀层下降1个数量级,在经过96 h的盐雾试验后,镀层未见开裂,只附着少量腐蚀产物,表现出良好的耐蚀性。结论 当GO的添加量为0.3 g/L时镀层表面最为致密,缺陷减少,并且通过其较大的比表面积可阻碍腐蚀离子通过,进而提高镀层耐蚀性。GO通过在镀液中与Ni^(2+)结合形成复合物共沉积到孔隙缺陷处,同时GO弥散分布于镀层,提供了大量的形核位点,镀层晶粒尺寸下降,因此镀层硬度提高,并且由于GO具有一定自润滑能力,镀层的耐磨性提高。

Zn-Al-Zr LDH/氧化石墨烯对水中草甘膦的去除研究

采用氯化锌、六水合氯化铝、八水合氧氯化锆和氧化石墨烯为原料,氢氧化钠和一水合碳酸钠为碱溶液,通过共沉淀法合成Zn-Al-Zr LDH/GO纳米复合材料(LDH/GO)。XRD、SEM、BET和UV-Vis分光光度计,分别用于表征Zn-Al-Zr LDH/GO复合材料的物相组成、微观形貌、孔隙结构和吸附过程。结果表明:GO的掺入可以改善LDH的形貌结构,当温度在303 K,pH=7,投料量为0.5g/L,LDH/GO对草甘膦的吸附容量可达10.707 mg/g;其吸附过程符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型,LDH/GO对草甘膦的去除机理为静电吸引和表面络合;其草甘膦吸附性能优于当前商业磷吸附产品Phoslock。因此,Zn-Al-Zr LDH/GO可作为一种有前景的草甘膦去除剂。

磁性氧化石墨烯对有机染料的吸附降解实验设计

通过共沉淀法制备了易分离的磁性氧化石墨烯二维纳米吸附材料,并将其用于有机染料的清除,设计了一个综合性实验。所制备材料通过傅里叶变换红外光谱、热重量分析法、粉末X射线衍射和扫描电子显微分析的方法对其进行表征确认。所制备磁性氧化石墨烯对有机染料的吸附清除能力通过测试其对亚甲基蓝的吸附来表征,并引入芬顿体系来评估其降解及回收利用性能。该实验设计可提升本科学生对二维纳米吸附材料的应用认知和环境保护意识,同时为其将来的科学研究奠定一定的基础。

密度泛函理论研究氧化石墨烯对Fe^(2+)的吸附

肺癌在世界上出现频率增多,治疗肺癌的办法很多。而利用铁死亡治疗肺癌这种办法难以发挥效果。这主要是因为进入肺部的二价亚铁离子,会被肺部大量的氧气给氧化,使得真正抵达肺癌治疗靶细胞上的亚铁离子很少。如何高效输送二价亚铁离子是一大技术难题,给亚铁离子选择一种好的载体就是一种高效方便的解决办法。实验发现利用纳米材料作为载体,能显著增加细胞内游离铁的含量。本课题用量子化学的方法,通过研究氧化石墨烯与亚铁离子的水合配合物稳定性以及结构特征来探索纳米碳炭载体对亚铁离子吸附的能力。结果表明自旋为5时的结构最稳定,符合铁的高自旋。

通过金属离子刺激调节金属有机骨架结构用于光催化CO_(2)还原

通过自组装得到一种具有适中配位键强度和适度骨架柔性的二维Cd基金属有机骨架(MOF){[Cd(HL)(BPY)_(0.5)(H_(2)O)]·2H_(2)O}_(n)(1),其中H_(3)L=4,4′,4″-(亚硝基三(亚甲基))三苯甲酸,(BPY=4,4′-联吡啶)。由于其独特的结构特征,在金属离子(Zn^(2+)/Ni^(2+)/Co^(2+))刺激下,1逐渐转变成相应金属离子主导的MOF结构2、3和4。在此过程中,随着金属离子Cd^(2+)→Zn^(2+)、Cd^(2+)→Ni^(2+)和Cd^(2+)→Co^(2+)的交换,1通道中自由的Cd^(2+)和L^(3-)与MOF的骨架进行融合,导致通道空间的扩大,发生次级构筑单元(SBU)的转变,进而形成可调节的骨架。光催化二氧化碳还原结果表明,由离子交换所得到的新结构在催化效率上并没有很大改观,但在产物选择性上却有极大地提升(其中配合物3展示出100%的CO选择性)。

金属有机骨架复合物对低浓度CO_(2)吸附动力学研究

对化石能源的过度使用导致全球CO_(2)排放量持续增加,气候变暖已成为人类面临的最为严峻的环境问题。金属有机骨架材料是理想的CO_(2)吸附剂,由于其优良的特性,可用于CO_(2)捕获。采用北京化工大学提供的NbOFFIVE-1-Ni@聚丙烯酸酯CO_(2)复合吸附材料,利用自搭建的固定床装置测试了低浓度CO_(2)的吸附穿透曲线,探究了流量、温度、浓度、气流湿度、床层厚度条件对吸附行为的影响,利用三种动力学模型对吸附数据进行拟合,并探究了NbOFFIVE-1-Ni@PA的循环稳定性。结果表明,随着气体流量的升高,NbOFFIVE-1-Ni@PA的CO_(2)吸附量出现先增加后降低的趋势。降低吸附温度、增加浓度、减小气流湿度和增加床层高度均有利于增强NbOFFIVE-1-Ni@PA的动态CO_(2)吸附性能。Avrami模型能更好地拟合实验数据,表明NbOFFIVE-1-Ni@PA对CO_(2)的吸附是物理和化学吸附共同作用。最后,经10次吸脱附再生后,NbOFFIVE-1-Ni@PA的吸附量仅下降4.5%,可再生性能优异。