潘丙才教授课题组发表综述论文探讨水处理纳米限域效应研究平台的构建

发布时间:2021-12-28浏览次数:10

论文简介

纳米材料具有明显异于宏观材料的物理与化学特性。凭借其独特的尺寸效应、表面效应与量子效应,纳米材料为电子信息、机械工程、生物医药、化工以及水处理等领域带来了革命性的突破。近年来,纳米材料在水处理领域所表现出的优异性能得到了越来越多的关注,然而,在实际水处理中纳米材料存在易团聚失活、操作困难、潜在安全风险等瓶颈。将纳米材料固定于大尺寸载体的纳米孔或纳米通道中制备具有“纳米限域结构”的复合材料是应对上述瓶颈最为有效的策略之一。目前已有部分研究报道了纳米限域效应可导致复合材料除污性能较体相材料的显著提升,但相关限域效应的科学机制尚不清晰。构建理想的纳米限域材料与平台是科学探究纳米限域效应的基础,但目前仍缺乏对这类研究平台构建方法的系统梳理与讨论。

潘丙才教授课题组多年来一直关注水处理复合纳米材料的研制与实际应用工作,近年来在水处理纳米效应方面进行了持续探索。近期,课题组系统综述了水处理纳米限域效应研究平台的构建方法,首先从原理出发,将纳米限域平台的构建方法简单分为物理、物化和化学方法,并详细介绍了各类方法的具体路径、机制和应用实例。随后,通过对几种典型限域平台构建方法的比较,总结出了以碳纳米管、均孔膜、有序介孔材料和二维材料等为载体的理想模型体系,探讨了提高纳米颗粒内负载率、控制纳米颗粒形貌和尺寸的关键因素。这一综述有望为水处理纳米限域效应的科学研究以及相关纳米复合材料的创制提供方法参考。

论文以“Construction of Model Platforms to Probe the Confinement Effect of Nanocomposite-enabled Water Treatment”为题在线发表于Chemical Engineering Journal Advanceshttps://doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100229)。南京大学环境学院硕士生王雪凝为第一作者,潘丙才教授为通讯作者,共同作者包括单超副教授、李红超博士。本研究得到了国家自然科学基金等多个项目资助。



图文导读

1:构建纳米限域结构的方法。根据原理可分为利用毛细管力的物理途径和物理化学途径(结合随后的化学活化),以及发生化学反应的化学途径。

2:构建纳米限域结构的经典物理途径(左)及其机制(右)。(a)物理气相沉积法(PVD)(b)固相熔融渗透法。

3:构建纳米限域结构的经典物理化学方法(浸渍-干燥-煅烧法)及其机制。(a)浸渍过程。用溶液润湿载体表面以确保接触角小于90°(b)干燥的两阶段:脱去自由水和结晶水;(c)煅烧过程中的团聚(左)和不同煅烧气流的影响(右),采用1% NO/He流进行煅烧可以获得分布更加均一的小纳米颗粒。

4:构建纳米限域结构的经典化学途径。(a)利用化学气相沉积法在AAO膜内生长碳纳米管的机制;(b)原子层沉积法;(c)采用氨气预水解法(沉积沉淀法的衍生方法)将纳米颗粒均匀且选择性地沉积在纳米孔内;(d)溶剂热法。

5:针对不同基体的纳米限域模型系统的构建。(a)碳纳米管(CNT)(b)均孔膜,例如AAO膜(左)和TE膜(右);(c)介孔材料;(d)层状二维材料。