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潘丙才教授课题组在纳米氧化铁深度去除水中污染物方向取得新进展

       纳米氧化铁来源广泛、环境友好、可通过特异性吸附去除多种类型污染物,是一类极具应用潜力的水处理材料,但面临团聚失活、难操作、潜在流失风险等诸多工程应用瓶颈。将纳米氧化铁负载于毫米级载体中制备纳米复合材料,可有机结合纳米颗粒的高反应活性与载体良好的操作性能,克服纳米材料实际应用中的技术瓶颈,为其应用于大规模水处理工程提供基础。理论上,当纳米氧化铁尺寸降低到10纳米以下时,其尺寸效应及表面效应将显著提高,从而大大强化其对污染物的净化活性。然而,目前常用的交联聚苯乙烯树脂等可商品化载体一般孔结构无序,孔径分布宽(几纳米到几百纳米),导致孔内限域生长的纳米颗粒很难被控制到10纳米以下。
       我院潘丙才教授课题组多年来一直从事基于实用型环境纳米材料的深度水处理技术研究。近期发明了一种可稳定获得亚10纳米铁氧化物复合材料的制备方法,该方法以“闪速冷冻”技术为核心,通过快速降温引发聚合物分子与溶剂分子间的微相分离,并借助溶剂分子的微纳结晶产生致孔作用,形成丰富、有序的介孔结构;随后在介孔内通过化学沉积法可原位生成亚10纳米铁氧化物。通过简单调节聚合物溶液的浓度,该课题组获得了四种孔径分别为7.9、9.5、12、26纳米的均孔聚苯乙烯载体并制备成功相应的复合材料。所制复合材料中纳米氧化铁粒径均一(可在2.0-7.3纳米之间调控)、分散良好。与棒状纳米氧化铁(18×60纳米)相比,所得亚10纳米铁氧化物复合材料对砷的标化处理容量提高约10-15倍,表现出显著的尺寸效应与表面效应。该研究对低纳尺度环境纳米复合材料的制备、结构调控及其应用具有重要的参考价值。
图1. (左)亚10纳米铁氧化物复合材料制备示意图(右)所得复合材料的电子显微图(黑点为纳米氧化铁)

       这一研究成果近日在线发表于环境学科国际权威期刊Environmental Science & Technology (DOI: 10.1021/acs.est.7b01608),论文第一作者为助理研究员张孝林博士,通讯作者为潘丙才教授。研究得到了国家重点研发计划“纳米科技”专项、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金及国家博士后基金资助。

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