熔融法制备铬掺杂磁铁矿及其催化UV-Fenton反应降解酸性橙Ⅱ的研究

在自然界,磁铁矿结构中广泛存在类质同象置换。部分置换离子显著改变磁铁矿的表面反应性,影响其对有机污染物的催化降解性能。本研究用熔融法合成一系列不同掺杂量的铬掺杂磁铁矿,利用X射线衍射(XRD)和X射线吸收精细结构谱(XAFS)等谱学技术对合成磁铁矿进行结构表征,并在中性条件下,探讨磁铁矿催化UV-Fenton反应降解酸性橙Ⅱ的性能。铬掺杂磁铁矿为立方晶系反尖晶石结构,Cr以+3价占据在八面体位。铬掺杂显著提高磁铁矿对酸性橙Ⅱ的催化降解性能,降解过程以异相UV-Fenton反应为主,遵循准一级动力学方程。反应160 min后,铬掺杂磁铁矿对酸性橙Ⅱ的矿化率达40%。     

天然矿物材料的多孔结构、结构组装和光催化性能

自然界存在丰富的多孔矿物资源,其孔隙结构使其具有良好的吸附性能,能够吸附聚集水体中的污染物(特别是有机污染物)。在分析天然多孔矿物的孔结构基础上,文中提出了结构组装的概念,即在多孔矿物中进行功能粒子组装,对多孔矿物进行表面修饰、微结构组装(如层状结构矿物的插层)。通过结构组装,在多孔矿物中引进功能粒子(如有光催化性能的TiO2 颗粒)。组装在天然矿物中的功能粒子能够降解聚集在其中的污染物,大幅度提高功能粒子的效果,提高光催化降解的功效,获得性能优异、成本低廉的天然矿物型有机污染物降解材料。此外,在同一矿物材料中复合小孔、中孔、大孔不同大小的孔结构,实现不同大小的孔径组装,也能够扩大光催化剂TiO2 的承载面积,提高吸附性能。经过结构组装的天然多孔矿物材料复合了吸附、光催化等性能,在环境治理特别是有机物污染降解方面有很好的应用价值。     

黏土矿物污染控制材料及其高效利用

黏土矿物具有特殊的纳米片层结构、含可交换性层间阳离子、微观结构及表面物理化学性质易调控;因此,黏土矿物及其改性产物对多种环境污染物有良好的吸附/催化性能,在污染控制领域有良好的应用前景。近年来,课题组以蒙脱石和层状双金属氢氧化物(LDH)为代表,研究了它们在污染控制领域的资源利用:1)研究了蒙脱石、LDH、LDO(LDH煅烧产物)对染料分子的吸附特征,发现它们对染料分子的吸附性能可优于活性炭;通过碳化处理废弃黏土矿物的方法,制备了系列类石墨烯纳米碳材料及多孔碳材料,所得碳材料显示了良好的电催化性能或吸附性能。2)研究了蒙脱石对重金属离子的吸附特征,并通过热处理实现了重金属离子的层间域/片层结构内的原位锁定。3)研究了羟基金属改性蒙脱石对重金属离子和含氧酸根的协同吸附机制,并发现吸附产物(如吸附了磷酸根和Cu2+的羟基铁柱撑蒙脱石)可用于光催化降解有机污染物。4)综合运用实验研究和分子模拟技术,研究了有机改性蒙脱石对疏水性有机污染物的吸附机制,发现表面活性剂堆垛密度是决定有机黏土吸附性能的关键因素,并采用阳离子聚合物来调控层间域表面活性剂堆垛密度,优化了有机黏土吸附性能。5)采用阳离子表面活性剂和羟基金属共同插层的方法,制备了有机-无机复合蒙脱石,发现了其能同时吸附有机物和含氧酸根离子。课题组的研究工作综合运用了实验研究和分子模拟,包括了基础理论研究和应用研究,涉及了黏土矿物及其改性产物的吸附、催化性能,并探讨多种废弃黏土矿物的资源回用技术。研究结果对实现黏土矿物在污染控制领域的高效资源利用提供了新信息。     

废弃蒙脱石制备N、S共掺杂类石墨烯碳纳米材料

近年来,以有机-无机模板法制备碳材料的研究备受关注。通常以聚合物为碳源、矿物为模板,在惰性气体保护下碳化,然后去掉模板,释放矿物模板中的碳材料。由于不同矿物模板的结构各异,从而能够制备出具有不同结构特征的碳材料,如一维的碳纳米纤维(Fernandez-Saavedra et al.,2004)、二维的类石墨烯材料(Xu et al.,2013)和三维的多孔碳(Liu et al.,2013)。蒙脱石由于其化学惰性硅氧烷表面和可膨胀层间域结构,常被用作制备类石墨烯碳材料的理想模板。另一方面,蒙脱石作为一种高效廉价、环境友好的吸附剂,能被广泛应用于环境修复领域,特别是用于染料废水的处理。但要实现蒙脱石在染料废水中的推广应用,还需要解决吸附染料后废弃蒙脱石的处理处置问题。前期研究发现,在氮气气氛中碳化吸附结晶紫后的废弃蒙脱石,成功制备了碳单层-蒙脱石纳米复合材料,为废弃蒙脱石的回收利用提供了一种切实可行的方法(Chen et al.,2014;Zhu et al.,2015)。此外,阳离子染料通常含有除C和H以外的其他元素,如N、S等,这些异质原子可能会进入碳材料的晶格,从而影响碳材料的结构和性质。因此,模板制备法也许能作为制备异质原子掺杂型碳材料和回收利用废弃蒙脱石的有效手段。本研究以吸附阳离子染料亚甲基蓝(MB)后的废弃蒙脱石为前驱体,通过无氧碳化、交替酸洗来制备N、S共掺杂类石墨烯碳纳米材料,并采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对所得材料结构和组成进行分析,并对其电催化性能进行表征,重点研究了碳化温度对所得类石墨烯材料结构和性能的影响。实验结果表明,吸附MB后蒙脱石的层间距增至19.1,碳化后层间域高度随温度升高逐渐减小至4.4,略大于单层石墨烯厚度3.4,这是因为半径较大的S原子不能很好地适应sp2杂化碳网导致其略微突出二维平面造成的。所得碳材料的TEM图谱呈现高度透明的薄膜形貌,AFM图谱呈现出较光滑的表面和锯齿状的边缘,对应的高度图显示该碳片层厚度约为40,说明所得碳材料由十多层石墨烯单层堆叠而成。XPS结果显示,碳材料中同时含有C、N、S三种元素,且N主要以吡啶N、吡咯N和石墨N三种形式掺杂进入石墨烯结构中,S以噻吩S的形式存在。电化学测试结果表明,所制备的N、S共掺杂类石墨烯材料具有较好的氧还原反应催化性能和稳定性,有望用作燃料电池的阴极电催化剂。上述研究结果不仅为废弃蒙脱石的资源化回用提供了新途径,而且为异质原子掺杂类石墨烯碳材料的制备提供了新方法。     

飞灰基地聚合物固化体的抗海水侵蚀性能

为了探讨城市垃圾焚烧(MSWI)飞灰基地聚合物固化体的抗海水侵蚀性能,通过飞灰基地聚合物固化体的质量、抗压强度和重金属浸出浓度变化分析海水的侵蚀影响。结果表明:飞灰基地聚合物固化体具有良好的抗海水侵蚀性能:浸泡240 d后,质量损失率小于20.5%;抗压强度达到42.36 MPa;重金属Cr、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb浸出浓度分别仅为32.84、21.27、8.36、0.07、0.17和1.75μg/L,下降率达到了90.0%、73.7%、77.9%、86.48%、85.0%和94.3%。通过X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、热重-差重(TG-DTA)和电镜扫描(SEM)等分析方法对MSWI飞灰基地聚合物固化体微观结构进行表征,结果显示飞灰基地聚合物在海水侵蚀下结构没有被破坏。     

邻苯二酚螯合树脂的合成及水样中铝的测定

合成并表征了新螯合树脂———邻苯二酚螯合树脂(XAD-2-Catechol),研究了XAD-2-Catechol吸附铝的特性和茜素红-铝的显色反应,在pH4.5的HAc-NaAc缓冲介质中,茜素红和铝(Ⅲ)反应生成红色络合物,λm ax=500 nm,铝的含量在0-50μg/25 mL内符合比耳定律。建立了邻苯二酚螯合树脂分离/富集-茜素红分光光度法测定天然水样中铝的新方法,对水样中铝形态进行测定,结果满意。     

硅胶／壳聚糖吸附材料的制备及表征

利用γ-氨基丙基-三乙氧基硅烷偶联剂与活化硅胶表面的羟基反应,制备了硅烷化硅胶,所得产物与壳聚糖反应合成了硅胶／壳聚糖复合吸附材料。通过红外光谱分析（IR）,扫描电镜（SEM）及能谱分析对复合材料进行表征,并测试了硅胶／壳聚糖复合材料对Zn^2＋、Cd^2＋的吸附能力。结果表明：复合吸附材料对Zn^2＋、Cd^2＋具有很好的吸附能力,最大吸附率为96．01％及90．65％。     

有机蒙脱石/壳聚糖气凝胶的制备及有机污染控制应用

以蒙脱石(Mnt)为主要原料,十六烷基三甲基溴化铵(C16)为疏水改性剂,壳聚糖(CS)为交联剂,通过超声法、溶胶凝胶法和冷冻干燥制得有机蒙脱石/壳聚糖气凝胶(CS-C16Mnt)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积及孔结构(BET)等手段对材料进行表征。结果表明,超声溶胀使C16Mnt片层扩张、叠层裂开, CS通过静电作用和氢键与C16Mnt结合,且CS-C16Mnt具有气凝胶典型的三维网络结构。吸附和吸收实验表明, CS-C16Mnt具有良好的有机污染控制能力。当C16Mnt与CS的质量比为10∶1、超声时间为10 min时,处理效果最好,在气相环境中对苯的吸附量达720.9 mg/g,在液相环境中对不同油和有机溶剂的吸收量为14.4～29.0 g/g。此外, CS-C16Mnt具有操作简便、易于回收等优势,是具有应用潜力的有机污染治理材料。     

掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料的吸附和光催化性能研究

采用阳离子表面活性剂十六烷基二甲基溴化铵对临安膨润上进行改性修饰，以钛酸丁酯和K2P1Cl6为前驱体，利用掺有小同量铂的TiO2溶胶对改性膨润土进行反应，制得一系列掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料。测定了复合材料的BET比表面积，利用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能量分散光谱（EDS）等手段对其微观结构进行了表征。以甲基橙染料为目标污染物，考察了复合材料的吸附能力和光催化活性。实验结果表明，掺铂的有机-钛柱撑膨润土复合材料比未掺铂的复合材料具有较好的层状结构，且对甲基橙的吸附能力较佳。由于铂能够充当捕获载流子的陷阱，能够有效抑制TiO2光生电子-空穴的复合，所以掺铂有机-钛柱撑膨润土复合材料具有更好的光催化性能，其中掺铂量为0．2％的复合材料的光催化活性最佳，对甲基橙的降解效果最好。     

矿物学报2003年第23卷总目次

第一期聚丙烯酸 /绢云母超吸水性复合材料的合成与性能研究林松柏　林建明　吴季怀　魏月琳 (1 )………聚丙烯酸盐 /绢云母超吸水性复合材料的表征林建明　林松柏　吴季怀　魏月琳 (7)…………………黄铁矿中富铜闪锌矿的斑点状结构王玉往　王京彬　王莉娟 (1 2 )………………………………………有机插层蛭石对有机污染物苯酚和氯苯的吸附特性研究吴平霄 (1 7)……………………………………金山金矿热液蚀变粘土矿物特征及水 岩反应环境研究　华仁民　李晓峰　张开平　季峻峰　张文兰 (2 3)………………………………………………………热液…     

纳米金银材料在比色检测汞中的应用

汞具有生物富集性和剧毒性,对人体健康和环境产生严重的危害和影响,因此开发准确测定样品中微量汞的方法具有重要的实际意义。原子光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电化学分析法、分光光度法等测定Hg(Ⅱ)的传统方法,由于存在样品预处理过程复杂、仪器昂贵、分析周期长等问题,难以满足实际分析的需求,而比色法作为快速检测Hg(Ⅱ)的一种有效方法虽然得到了广泛的应用,但其灵敏度和选择性仍很难满足复杂基体中微量Hg(Ⅱ)的测定要求。纳米金银材料由于具有独特的表面等离子体共振效应,Hg(Ⅱ)可引起纳米金银溶液发生团聚或氧化还原反应导致溶液颜色发生改变,基于此近年来纳米金银材料在比色测定Hg(Ⅱ)中的应用受到了高度关注,所建立的新方法已成功用于实际样品中微量及痕量Hg(Ⅱ)的测定;但检测的样品主要是水样,用于测定其他的样品干扰较大。本文综述了近年来纳米金银比色检测Hg(Ⅱ)的原理及研究进展,指出建立简单、快速、高灵敏度、高选择性、可用于复杂样品体系中Hg(Ⅱ)的比色检测新方法是该领域今后的主要发展方向。     

有机化膨润土对水中金属离子的吸附及其表征

通过正交实验研究了有机膨润土对水溶液中金属离子吸附的主要影响因素;将原矿和有机土进行了IR和XRD表征;测定了溶液酸度和溶液中金属离子浓度对有机膨润土吸附效果的影响;考察了有机膨润土的粒径和吸附次数对吸附效果的影响,以此论证新疆夏子街钠基膨润土及有机化膨润土对水溶液中各金属离子的吸附能力。实验结果表明:有机化膨润土对水溶液中Cr6 、Hg2 、Cu2 和Zn2 金属离子的去除率都比原土有显著提高;溶液的pH值对吸附效果影响较大;有机膨润土吸附量对数与Cr6 、Hg2 、Cu2 金属离子平衡浓度对数的吸附等温线近似成直线,符合吸附等温方程;金属离子浓度对有机膨润土吸附效果的影响趋势是Cr6 >Hg2 >Cu2 ;有机膨润土对金属离子吸附能力大小是Hg2 >Cu2 >Cr6 ,吸附速率大小是Cr6 >Hg2 >Zn2 。有机膨润土的粒径对吸附效果影响较小。     

微乳液聚合法合成聚苯乙烯/海泡石复合材料

微乳液聚合法是合成聚合物复合材料的新方法,用微乳液聚合法,先把苯乙烯单体引入海泡石层间,再引发聚合反应,利用聚合时放出的热量使海泡石片层间距增大,合成聚苯乙烯/海泡石复合材料,用XRD、FTIR、SEM及TEM对材料进行表征.研究表明,用微乳液聚合法可使海泡石与聚苯乙烯较好地复合,聚合物能够有效地插层到经过有机化处理的海泡石层间,且海泡石片层可以均匀地分散在聚苯乙烯聚合物中.     

二氧化钛表面键合配位体固相萃取填料的制备及其吸附性能研究

有机配位体/无机纳米复合材料作为固相萃取填料用于重金属离子分离富集是当前分析化学研究的热点课题。本文将含有N、S配位原子的氨基硫脲通过缩合反应接枝于纳米二氧化钛表面,制备了一种新型纳米Ti O2/TSC复合固相萃取填料。通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和扫描电镜表征,此填料与共混法制备的聚合物包覆纳米二氧化钛复合填料相比,二氧化钛粒子(尺寸200~300 nm)分布更均匀,结构更稳定。用该填料制备的固相萃取小柱静态吸附Sb3+、Cd2+和Ba2+在30℃时饱和吸附量分别为13.9mg/g、12.9 mg/g和11.2 mg/g,在优化的实验条件下三种金属离子的吸附回收率分别达到97.94%、95.65%和94.04%,实验数据重现性高(RSD5.5%),吸附性能优于聚苯乙烯-甲基丙烯醛-氨基硫脲包覆纳米二氧化钛和纳米二氧化钛两种填料。本填料结合ICP-MS测定水样中以上三种离子的检出限分别为0.061μg/L、0.013μg/L和0.075μg/L。     

铑-三苯基膦配合物功能化的聚合物@介孔氧化硅复合材料在1-辛烯氢甲酰化反应中的应用(英文)

通过在介孔氧化硅材料中原位聚合的方法制备了三苯基膦功能化的有机聚合物@介孔氧化硅复合材料PPh3polymer@FDU-12.采用X射线衍射、氮气吸附脱附、透射电镜和热重等手段对其结构和组成进行了表征.该复合材料与金属前驱体Rh(acac)(CO)2配位后得到的固体催化剂,在长链烯烃1-辛烯的氢甲酰化反应中,醛选择性可达92%–96%,并表现出高于聚合物的活性(>99%转化率).这主要归因于介孔氧化硅材料的高比表面积和有序的孔结构更有利于反应物和催化活性中心的接触.研究发现,调变复合材料中聚合物的含量或使用不同孔道结构的氧化硅载体(SBA-15,MCM-41和FDU-12)都会影响固体催化剂的反应活性和选择性.该方法得到的多相催化剂具有较好的循环使用性能,在循环使用15次后仍能保持较好的反应活性,但醛选择性有所降低.     

钙钛矿的燃烧合成与其光学功能研究

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和荧光光谱(PL)对凝胶燃烧法合成的钙钛矿和稀土Pr~(3+)掺杂钙钛矿两种功能矿物材料进行表征。结果表明:在反应温度900℃,保温时间1h条件下获得了结晶良好的单相的钙钛矿和Pr~(3+)掺杂的钙钛矿样品。Pr~(3+)掺杂样品CaTiO_3∶Pr~(3+)在340nm波长光的激发下,在618nm处监测到发射峰,对应着Pr~(3+)的~(1 )D_2→~3F_4的能级跃迁。光催化降解亚甲基蓝的实验表明,钙钛矿对其具有较好的光催化降解性能,Pr~(3+)的掺杂提高其光催化效率。     

榴莲壳和不同炭材料对低汞溶液的吸附动力学

含Hg(Ⅱ)废水直接排放会对环境产生危害,目前多采用活性炭去除,而活性炭制作需要高温热解和活化,导致其使用成本较高.近年来,果皮、果渣、炉渣等废弃物也被尝试应用于直接去除水溶液中的重金属离子.本文采用榴莲壳、椰壳活性炭和活性炭纤维在不同条件下对低浓度Hg(Ⅱ)溶液进行吸附,使用原子荧光光谱法对吸附溶液中剩余的Hg(Ⅱ)...     

鸡蛋膜固相萃取-石墨炉原子吸收光谱法测定水样中的微量铅

鸡蛋膜是由蛋白质组成的一种纤维状的生物膜。本研究利用扫描电镜和红外光谱对鸡蛋膜的结构进行分析表征,证实其具有网状结构,表面存在着—OH、—COOH、—NH2等官能团,能与一些金属离子产生吸附和交换作用。在pH=6的条件下,用蛋膜作吸附剂分离富集水样中的微量铅,5 mL 3%的硝酸进行洗脱,然后采用石墨炉原子吸收光谱法进行测定。实验中对吸附分离介质、溶液流速、蛋膜用量、洗脱剂浓度及共存离子的影响等条件进行了优化和讨论。在最佳的实验条件下,蛋膜对铅的富集倍数为30,方法检出限(3σ)为0.017 ng/mL,相对标准偏差(RSD,n=11)为3.45%,加标回收率为96.0%～104.2%。与现行的分离富集方法相比,建立的方法具有简单、无毒、成本低的优点,用于实际水样中铅的分析能够获得满意的结果。     

北京城近郊土壤中Hg的分布特征、存在形式及污染评价

通过对北京城近郊深层与地表土壤中Hg含量以及水溶相、吸附相、有机相、铁锰氧化物相中Hg含量变化的研究,探讨了北京城近郊土壤中Hg的分布特征和存在形式.以国家颁布的<土壤环境质量标准>为依据,对表层土壤中Hg的污染程度进行了评价,结果显示,北京城近郊土壤中Hg污染程度是相当严重的.     

柱撑粘土复合材料的研究进展及其在环境污染物治理方面的应用

以具有片状或层状结构以及较为规整的大孔结构的粘土材料为母体,在其层间引入不同阳离子化合物为柱化剂而合成出性能各异的新型柱撑粘土 (pillared clay)复合材料及其应用是目前环境地球化学研究中备受瞩目的研究前沿之一.对柱撑粘土复合材料的制备进展及其在环境污染治理中的应用进展进行了系统的综述,详细探讨了各种合成影响因素如有机阳离子、无机阳离子以及两者联用柱化剂的选择、复合材料热处理过程、表面酸化预处理等手段对合成柱撑粘土复合材料的制备及性能的影响,同时还对柱撑粘土复合材料在水体和大气环境中毒害有机污染物治理方面的应用进行了比较详细的综述.