多伦多都会大学–用于去除水中新兴的污染物的石墨烯基纳米材料及其在使用点应用中的潜在适应性

通过回顾二维纳米材料的卓越环保性能,特别是石墨烯及其衍生物,本综述旨在激发对石墨烯基POU水处理的进一步讨论和研究,特别是关注去除新兴污染物(ECCs)

考虑到大量关于二维纳米材料卓越环保性能的工作,在解决其在使用点(POU)水处理中的实际应用方面仍然存在缺失的环节。通过回顾二维纳米材料的卓越环保性能,特别是石墨烯及其衍生物,本综述旨在激发对石墨烯基POU水处理的进一步讨论和研究,特别是关注去除新兴污染物(ECCs),这方面相关的文献研究较少。我们综述了ECCs在环境中的普遍存在,它们对人类和海洋生物的健康影响,以及与纳米结构相比,使用三维石墨烯基宏观结构有效去除水中ECCs的潜力,以确保吸附剂易于回收和再利用。鉴于各种研究表明石墨烯纳米片具有优越的吸附能力,我们总结了石墨烯基吸附剂的最新发展。此外,还重点介绍了几种具有成本效益的材料,这些材料可以很容易地与纳米片自组装,以提高其环保性能和安全性,将其用于污水处理。我们强调了克服吸附剂再生和污染物降解挑战的战略;最后指出,考虑到水处理行业的保守性质以及通过饮用水摄入ECCs的潜在健康风险,决策者需要果断采取行动。面对日益严峻的地表水ECCs问题,以及世界各地愈发严重的饮用水警告,我们进一步证明有必要发展先进的POU水处理装置。

多伦多都会大学--用于去除水中新兴的污染物的石墨烯基纳米材料及其在使用点应用中的潜在适应性

图1. (a)石墨烯的晶格结构;(b)石墨烯、氧化石墨烯(含氧官能团:a =环氧基,b =羟基,C =羧基)和含少量官能团的还原氧化石墨烯的结构模型;(C)常见的石墨烯基结构及其合成过程。

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图2. (a)六边形氮化硼(h-BN)的分子结构,(b): h-BN合成方法和操作要求。

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图3. (a) g-C3N4的三嗪结构(b) g-C3N4的三-s-三嗪结构(c) g-C3N4的前体和合成方法。

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图4. (a)三层磷烯结构,(b)单层磷烯纳米片俯视图(c)磷烯合成的前体和程序。

多伦多都会大学--用于去除水中新兴的污染物的石墨烯基纳米材料及其在使用点应用中的潜在适应性

图5. (a)合成高比表面积多孔3D GB纳米复合材料的绿色简便工艺。(b)用于水中染料去除的碳基3DMs。(c)用于水中重金属去除的3DMs。(d)水凝胶微珠填充的多功能POU水处理装置模型。不同形式的3D GBMs (e)海绵,(f)纤维,(g)藻酸盐水凝胶珠,(h)含有氧化石墨烯(GO)的藻酸盐珠,(i)含有还原氧化石墨烯(rGO)的藻酸盐珠。

相关研究成果由多伦多都会大学化学工程系Samson Oluwafemi Abioye等人于2024年发表在Chemosphere (https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.141728 )上。

原文:Graphene-based nanomaterials for the removal of emerging contaminants of concern from water and their potential adaptation for point-of-use applications

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