模拟日光对氧化石墨烯转化、吸附和光化学行为的影响研究

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随着氧化石墨烯(GO)商业化生产和广泛应用,它将不可避免地被释放到环境中,其环境行为已引起普遍关注。环境化学物质、光照、微生物等因素都可使GO的理化性质发生一定程度的变化,进而改变GO在环境中的吸附、迁移和转化等行为。GO结构中sp2杂化具有导电性,周围包围着sp3杂化形成的绝缘矩阵,结构中含有零带隙,因此GO结构具有在环境日光下发生光化学反应的可能性。但目前关于环境日光对GO的转化及对其环境行为的影响研究未见报导。因此,本论文研究了模拟日光(>295 nm氙灯光源)对GO光转化、有机污染物(菲)吸附及在多孔介质中迁移的影响,并探讨了模拟日光下 GO胶体产生单态氧(1O2)、羟基自由基(·OH)和超氧负离子自由基(O·-2)以及对共存污染物(BPA)转化分解的光化学行为机制。  本研究结果表明GO胶体在模拟日光可发生一定程度的转化还原,结构中sp2杂化的π共轭体系有所恢复,片层结构在光照过程中分裂并且由平整变的褶皱。GO结构的光转化可提高其与疏水性有机污染物菲之间的π-π作用和疏水性作用,因此光转化后的GO胶体对菲的吸附能力显著增强。Freundlich吸附等温线模型能很好地拟合菲在GO胶体上的吸附数据,且拟合曲线呈非线性。经模拟日光转化的GO胶体在石英砂柱中的迁移能力下降,由于光转化后的GO胶体片层之间的吸附能力增强致使其相互吸附聚集而被多孔介质截留。  本文采用捕获法和化学荧光法分别检测出模拟日光下GO胶体溶液(10 mg/L, pH7)中1O2、·OH和O·-2稳态浓度分别约为1.27×10-14M、2.68×10-17M和7×10-9 M,三类活性氧均能促进BPA的转化分解。GO胶体经一定程度光转化还原后很大程度上失去了产生1O2、O·-2的能力,但产生·OH的能力减弱并不明显。因此GO在模拟日光下对 BPA光化学作用机制呈非稳态:在 GO-模拟日光体系中先是由1O2、O·-2和·OH共同作用于BPA转化分解,而后是主要是由·OH作用于BPA转化分解。通过模拟日光对 GO转化、吸附和光化学等行为研究,为分析研究GO的环境行为研究提供了理论依据,对于评价GO的环境归趋和生态风险具有重要的意义。
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