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“水是生命之源”，研究表明人们每天需要摄入8杯水才能满足基本的新陈代谢需求。除了保障人的日常生活，水资源也是维持生态稳定重要的一环。所以水源的质量以及水环境的保护都是与每一个的生活息息相关的。

保护水资源可以从保水、储水和净水这三个方面出发。在净水方面，随着循环经济理念不断完善、纳米材料研究不断取得突破，纳米级新材料净水技术也成为研究热点取得了长足的发展。

今天，就请同学们进入本期的“虹”学讲堂，听听老师在这一方面的研究成果吧！

前情回顾

10月9日上午，由研究生院/研究生工作部主办、水利与环境学院承办、校研究生科学技术协会协办的“虹”学讲堂第讲在校本部东院伯声报告厅顺利举办。邢宝山教授作了题为“磷烯：一种用于环境应用的新型“神奇”2D材料”的报告，我校相关学院共计余名老师和研究生参加了此次讲座。

邢宝山教授本次报告可分为以下五个部分：

（1）前言

（2）离子有机化合物的吸附

（3）消毒

（4）诺贝尔金属回收

（5）结论与展望

主讲人

一、前言

邢宝山教授首先向我们展示了他们实验室的最新研究成果：

·工程纳米材料和微塑材料的环境特性和应用

·利用生物炭改善土壤质量和固碳；

·土壤中污染物的吸收和有效性、作物对污染物的吸收以及食品安全；

·光谱和显微技术在环境与土壤科学中的应用。

传统水处理的方法已经落后于时代发展的脚步，不能有效地去除新出现的污染物(CECs)，而纳米材料在水处理方面起着吸附、纳滤、催化的作用。然而纳米材料高能耗、潜在的纳米毒性、低集成、昂贵等问题也直接影响到了它的进一步推行。所以需要一种高效、低毒和高度集成的新型纳米技术来解决这些问题。

我们的目光首先来到了分子世界。我们知道分子单质会有同素异形体的情况，石墨、金刚石就是最典型一种。

磷元素（P）也是一样：BP是在高压(个大气压)下加热白磷得到的，它很像石墨，既黑又薄，是一种导电体，有折叠的连接原子片。BP有很多优点：

①低能量输入。BP可吸收/利用可见光和近红外光；

②低纳米毒性。虽然BP有不同的降解机理，但其最终降解产物是具有生物相容性的磷酸根化合物（PO43-）；

③低成本。每克0.欧元，小于每克1美元。

二、离子有机化合物的吸附

PEG修饰的BP对阿霉素的负载能力十分强大，高达mg/g。这是迄今为止最高的。

BP对阳离子和阴离子化合物均具有出色的吸附能力。单层BP的最大理论比表面积为0m2/g，低于石墨烯（m2/g）。两种染料在数层BP上的吸附位能分布均在0~30kJ/mol左右，与IOCs在碳质材料上的吸附情况相似。

此外，BP含有更高的吸附能力，吸附后观察到有异常的褶皱形成。吸附后BP的畸变能变化比石墨烯高1.67-3.67倍，进一步证实了所做的假设。

三、消毒

BP纳米片能有效地将红外（NIR）光转换为热能，从而具有光热癌症治疗能力。

我们做了一个实验，用PBS磷酸盐缓冲液，将悬浮在50mLPBS中的2*10^64T1癌细胞皮下注射到小鼠的右腿，当肿瘤体积达到约60mm3时，对携带4T1肿瘤的小鼠进行治疗。通过鼻锥递送的1％异氟烷麻醉具有皮下肿瘤的裸鼠，然后通过尾静脉注射PEG化的BP纳米颗粒。

我们用chitosanhydrogel的氨基群来捕捉细菌。制备了夹层结构的壳聚糖水凝胶-BP-壳聚糖水凝胶水消毒系统（CSBPP）。嵌入式BP纳米片通过在NIR照射下进行光热转换而有助于消毒。同时以10%戊二醛为交联剂，优化了交联度。

结果表明天然水体中枯草杆菌、大肠杆菌和微生物对CSBPP的去除率分别为98.1%、98.5%、90.0%。

可以看出随着BP纳米片的负载量从24μgcm^-2增加到μgcm^-2，温度可以达到℃，杀菌效率从34.0％提高到99.99％。荧光图像表明，几乎所有枯草芽孢杆菌在照明后均显示红色荧光，表示死细胞具有对EB的通透膜。

EB只能染色死细胞，因而采用吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色观察杀菌处理后的细菌存活率。超过10个循环后，大肠杆菌的去除率和杀菌效率没有明显变化，这说明CSBPP是可重复使用的。CSBPP对抗氨苄青霉素的大肠杆菌也有杀灭作用，表明其适用于多种细菌。

四、诺贝尔金属回收

BP具有还原性和光热效应，而PNIPAM具有热敏性。那么当BP遇到PNIPAM时会发生什么呢？由于PNIPAM的氢键，当温度升高时，PNIPAM将变为疏水性。

BP表面形成P-C键，表明BP-PNIPAM已成功合成。通过近红外照明，温度快速升高，并沉积了BP-PNIPAM复合物。BP-PNIPAM对Au、Ag和Pd的去除率很高；其标准还原电位高于BP-PNIPAM。如果我们想获得更高的Pt去除率，可能会降低BP聚合物的还原电位。P-PNIPAM上的Au的主要种类是Au纳米颗粒。而且BP-PNIPAM具有很高的选择性，经过5个周期后去除率仍然很高。

五、结论与展望

1.主要结论

①由于褶皱诱导的吸附机制，层状BP对离子有机化合物具有很强的吸附能力和容量。

②层状BP由于其光热特性，具有显著的消毒效果。

③层状BP由于其还原性能(Au,Pd,Ag)，对贵金属具有较高的回收率。

2.进一步展望

总的来说，层状BP是高效节能、低毒和高度集成水处理纳米技术的一个重要的研究方向。

讲座现场

Oct.12

图文来源｜窦瑞娟

编辑｜张哲

审核｜杜梦郭雪婷

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