摘要：核能作为一种低碳清洁的能源,是国家重点发展对象之一.铀元素是核能的重要组成部分,但我国陆地铀矿储量有限,限制了核能的发展.海洋中共有约45亿吨铀,可满足核能的长期发展需要.本文从材料结构设计出发,利用廉价的工业化原料四氟对苯二腈(TFTPN)与依昔苯酮(Exi)/4,4′-二羟基苯偶酰(DDB)进行交联及偕胺肟功能化,制备出三种酚醚结构的U(Ⅵ)吸附材料:ExiF-AO、ExiF-2-AO和DDBF-AO,并对材料结构/配体与吸附性能间的关系进行探究.结果表明,相比结构相似的线性聚合物ExiF-AO和DDBF-AO,网状交联结构的ExiF-2-AO具有更强的吸附能力,吸附量达347.5 mg/g,同时具备较好的可回收性与理化稳定性.本文从分子结构层面探讨了材料结构对U(Ⅵ)吸附的影响,为用于大规模海水提铀的功能材料的设计、制备提供了借鉴.

摘要：芬顿高级氧化技术是降解有机微污染物的有效手段.过一硫酸盐(PMS)类芬顿技术因具有高效的氧化剂利用率和较宽的pH操作范围,已成为目前工业中过氧化氢芬顿技术的一种有前途的替代品.非均相催化剂能够有效活化PMS,产生多种活性自由基,从而氧化降解有机微污染物.二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)具有较好的电子传输效率和可调的表面官能团,是一种良好的非均相催化材料.然而,MXene的不稳定性、反应体系的自聚集作用和不明确的活性氧(ROS)生成机制极大地限制了它们在实际环境中的广泛应用.鉴于剥离的MXene中钛的高反应活性缺陷可以原位锚定过渡金属材料,本文通过氧化还原策略,将MnO2纳米颗粒原位沉积在MXene纳米片上制备了MXene/MnO2复合材料.X射线衍射图中(002)峰的偏移、透射电镜和电子衍射环图中交错的晶格条纹等表征结果表明,MnO2纳米颗粒均匀地负载在剥离的MXene纳米片上.X射线光电子能谱证实了MXene表面钛缺陷与MnO2纳米颗粒通过氧化还原作用相连接.同时,通过调整反应时间确定了 18 h原位沉积制备的MXene/MnO2具有最佳的产率和双酚A降解速率.此时的复合材料能够在4 min内活化PMS去除95.9％的BPA(50 mg/L),矿化效率达到了51.2％,表现出较好的催化性能.电子顺磁共振和淬灭实验结果表明,MXene/MnO2活化PMS降解BPA为非自由基途径.实验观察结合密度泛函理论计算表明,大量暴露的锰位点有效吸附并活化PMS,从而促进了单线态氧的产生.通过高价Mn-oxo相直接生成1O2的普遍途径具有较高的能垒(3.34 eV).相比之下,·OOH作为中间体产生1O2的途径(1.84 eV)在能量上更可行.得益于MXene的快速电荷转移能力和MnO2强PMS活化能力的双重优势,工程化的MXene/MnO2/PVDF催化膜对京密引水渠河水中的有机微污染物表现出高效的活性和出色的长期稳定性.综上,本文通过氧化还原原位生长策略制得了 MXene/MnO2催化剂,并深入研究了其在类芬顿反应中催化降解有机微污染物的性能.通过实验表征和理论计算相结合的方法,揭示了该催化剂对有机微污染物的降解机理.本研究不仅为MXene基催化剂的设计和合成提供了新的思路,也为开发可广泛应用于实际水体中处理有机微污染物的催化剂提供了参考.

摘要：特定结构的金属/共价有机框架(MOF/COF)及其高效渗透性在分离和脱盐领域引起广泛关注。目前纳米材料与化学结构的研究,促进了具有独特原子厚度、有效支撑和优异机械性能的MOF/COF膜的发展。文章介绍了MOF基膜和COF基膜的设计策略、性能和在环境领域的应用,特别是膜在去除重金属离子和海水淡化领域应用。同时提出了MOF膜和COF膜及膜分离技术在未来发展中遇到的机遇和挑战,为膜材料的合理设计和应用研究提供了未来的方向。

摘要：利用类二噁英类多氯联苯(PCBs)大气氧化降解产物二羟基多氯联苯与2,3-二羟基联苯双加氧酶(Bphc,PDB ID:1KW6)进行分子对接,构建以分子结构参数为自变量,对接打分函数(K_d,代表对接活性)为因变量的分子相似性指数分析(Co MSIA)与分子全息定量结构-活性相关关系(HQSAR)模型,并对二羟基多氯联苯进行分子修饰,研究结果表明,Bphc酶对二羟基多氯联苯均有不同程度的降解能力,影响Bphc酶对接活性的氨基酸残基为His145,Val147,Ile174,His194,His208,His209,His240,Asn242,Tyr249及Thr280,且二羟基多氯联苯与氨基酸残基对接形成的氢键越多对接活性越高.建立了CoMSIA和HQSAR模型耦合的二羟基多氯联苯分子取代活性精确定位方法,以打分函数较低的二羟基多氯联苯5,6-2OH-CB60为目标分子,设计出8种打分函数显著提升的新型分子,其对接活性提高65%~185%,分子毒性(IC_(50))下降10%~83%,生物富集性(BCF)下降4%~27%,迁移性(K_(OA))与半衰期(t_(1/2))增降幅基本不变.所设计新型分子反应路径的推断可以验证二羟基多氯联苯5,6-2OH-CB60在环境中与活性自由基或与活性分子反应生成所设计的新型5,6-2OH-CB60分子,即类二噁英类PCBs可通过大气氧化降解最终生成酶降解性显著提高的新型二羟基多氯联苯,达到进一步控制类二噁英类PCBs环境行为的目的.

摘要：对17个PAEs训练集分子、五个PAEs测试集分子,应用Discovery Studio软件构建PAEs分子拉曼特征振动光谱的3DQSAR药效团模型,并对PAEs分子(以环境优先控制污染物DMP,DBP和DNOP为例)进行9种常见的疏水基团取代反应,同时利用密度泛函理论B3LYP/6-31G(d)计算气态环境中取代前后PAEs的拉曼特征振动光谱,筛选PAEs拉曼特征振动光谱显著增强的衍生物。研究结果表明:药效团模型(Hypo1)具有最大的相关系数(R^2)0.83、最小的均方根值(RMS)0.182和总消耗值(total cost)71.865,且Configuration值为12.68(—C_6H_5>—NO_2>—SH>—Cl,可作为筛选PAEs分子衍生化拉曼光谱增强反应的依据,并为建立增强PAEs分子拉曼光谱的检测技术提供理论支撑。

摘要：研究采用分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation,MD)的方法,以苯酚、α-萘酚和4-辛基酚为代表,研究了酚类有机污染物(Phenolic Organic Pollutants,POPs)在氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)上单独和竞争吸附过程。通过自由能计算得到三种POPs在GO表面的吸附能分别为:4-辛基酚(41.34 kJ/mol)>α-萘酚(33.23 kJ/mol)>苯酚(19.31 kJ/mol)。吸附过程中的主要作用力为POPs的疏水作用,而分子团簇、范德华相互作用、静电相互作用以及氢键等在一定程度上增加了GO对POPs的吸附能力。在混合体系中,POPs之间存在明显的竞争吸附现象,吸附过程包含了直接吸附和形成分子团簇的间接性吸附两个过程。本研究结果为含POPs水体的治理以及GO材料的设计和筛选提供了一定的理论依据。

摘要：重金属离子对人类健康和环境安全产生了严重威胁,因此重金属废水高效处理成为了环境领域最具挑战性的热点问题之一.二氧化锰(MnO2)是一种环境友好型金属氧化物,具有来源广泛、成本低廉、形貌多样、晶型丰富、结构稳定、粒径可控等优异的性质,在重金属离子的去除应用上展现出巨大的潜力.近年来,人们利用MnO2基纳米材料在重金属离子的有效治理方面开展了大量的研究.本文综述了MnO2基纳米材料在重金属离子环境修复方面取得的研究进展,包括MnO2的制备和改性方法,MnO2基纳米材料在水溶液重金属离子去除中的应用及吸附作用机制,并对研究方向进行了总结和展望,旨在为进一步设计合成对重金属离子的吸附去除具有实际应用价值的MnO2基纳米材料提供参考.