銀納米顆粒（Ag NPs）及其納米復(fù)合材料已廣泛用作廢水處理的催化劑和消毒劑。然而，大多數(shù)報(bào)道的基于Ag NP的納米復(fù)合材料具有較低的Ag NPs負(fù)載量，需要高劑量才能實(shí)現(xiàn)對有機(jī)污染物的滿意催化凈化性能和對細(xì)菌的良好消毒。在此，我們通過使用磁性氧化石墨烯 (MGO)，通過單寧酸 (TA)/Fe3+絡(luò)合合成了一種具有極高負(fù)載量 (高達(dá) 30 wt%) 的新型Ag NPs納米復(fù)合材料。Ag@MGO-TA/Fe3+催化劑在水性環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，可以在極低的劑量（即0.05 mg/mL）下對亞甲藍(lán)（MB）實(shí)現(xiàn)0.054 s-1的超高催化還原率，即比以前在類似條件下報(bào)道的大多數(shù)基于NPs的催化劑高出約十倍。此外，磁性納米復(fù)合材料可以很容易地再生并且高度可回收而沒有任何明顯的性能損失。此外，新型Ag@MGO-TA/Fe3+納米復(fù)合材料表現(xiàn)出對大腸桿菌（E.coli）的消毒性能，在非常低的劑量（即 20 μg/mL）下具有約100%的殺滅效果。這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)具有超高催化速率和出色抗菌性能的先進(jìn)可回收NP基納米材料用于水處理和各種環(huán)境工程應(yīng)用提供了新的見解。
Figure 1. Ag@MGO-TA/Fe
3+納米復(fù)合材料的合成路線示意圖。
Figure 2. (a) MGO 和 (b) MGO-TA/Fe3+的TEM圖像，以及 (c) MGO-TA/Fe3+納米復(fù)合材料的HRTEM圖像。
Figure 3. (a,b) Ag-5@MGO-TA/Fe3+納米復(fù)合材料在不同放大倍數(shù)下的TEM圖像； Ag-5@MGO-TA/Fe3+納米復(fù)合材料的（c）HRTEM圖像和（d）FFT圖； Ag-5@MGO-TA/Fe3+納米復(fù)合材料的（e）HAADF-STEM圖像和（f-h）相應(yīng)的STEM-EDS映射結(jié)果（元素Ag、Fe和O）。
Figure 4. Ag-5@MGO-TA/Fe3+催化劑催化還原 (a) CR、(b) BB和 (c) MO的連續(xù)紫外-可見光譜。(d) Ag-5@MGO-TA/Fe3+催化劑催化還原CR、BB和MO的一級動力學(xué)圖。(e) Ag-5@MGO-TA/Fe3+催化劑催化還原4-NP的連續(xù)紫外-可見光譜。(f) 在Ag-5@MGO-TA/Fe3+催化劑存在下催化還原4-NP的一級動力學(xué)圖。
Figure 5. Ag-5@MGO-TA/Fe3+催化劑在五個循環(huán)內(nèi)對MB還原的催化性能。
相關(guān)研究成果于2021年由加拿大阿爾伯塔大學(xué)Hongbo Zeng課題組，發(fā)表在Chemical Engineering Journal（https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126629）上。原文：Tannic acid/Fe3+ functionalized magnetic graphene oxide nanocomposite with high loading of silver nanoparticles as ultra-efficient catalyst and disinfectant for wastewater treatment。
曾宏波
為加拿大阿爾伯塔大學(xué)化學(xué)工程和材料工程系終身教授、加拿大工程院院士、國家講席教授(Tier 1 Canada Research Chair)、加拿大皇家科學(xué)院青年院士。獲清華大學(xué)工學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校博士學(xué)位。目前研究和教學(xué)方向主要包括膠體與界面科學(xué)、高分子材料、分子和納米力學(xué)、以及各種工程過程(化工、礦物、石油和環(huán)境工程)的界面現(xiàn)象等。其實(shí)驗(yàn)室能對各種復(fù)雜流體和材料體系中相關(guān)分子間和界面間作用力進(jìn)行直接測量和分析, 部分儀器和實(shí)驗(yàn)方法為獨(dú)立開發(fā)。已在高水平SCI期刊發(fā)表論文330余篇，撰寫和主編專著一部。獲Petro-Canada Young Innovator Award，Martha Cook Piper Research Prize, The Canadian Journal of Chemical Engineering Lectureship Award, 加拿大化學(xué)和化工學(xué)會 Hatch Innovation Award，國際杰出青年化學(xué)工程師獎, 加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會(NSERC) E.W.R. Steacie Memorial Fellowship等。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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