环境化学发展论文提纲

论文题目：金属配位作用设计及其在环境化学中的应用研究

摘要：随着城市化进程的不断加快,污染物的排放量剧增,环境问题日趋加重。不仅包括农业、医疗等人类生产生活导致的病原性污染物,还包括工业化产生的印染废水等难降解污染物,它们以各种方式进入到生态环境体系中。当前,环境污染物的分析检测在很大程度上依赖于复杂的前处理过程,高精端的大型设备进行样品分析,往往难以满足现场的快速检测的要求。并且,野外实验非常容易受到复杂的环境体系和地理环境等干扰,对于痕量物质难以实现高灵敏的选择性识别。而对于环境污染物的处理,也会受到复杂工艺的限制,难以实现对处理材料以及目标污染物的高效回收利用。基于此,开发具有高灵敏度、高分析性能的环境目标物传感平台,设计性能优异、环境友好的环境污染物处理新型材料,逐步建立针对有毒有害难降解环境污染物处理的可持续发展机制,并将其广泛应用在环境化学领域具有重要意义。近年来,金属配位作用的研究在环境化学领域逐渐体现出优势。其金属离子和有机配体不但可以通过各种不同方式进行结合,两者共同作用于环境目标物质,能够产生增强的光学、电化学响应或优异的吸附和催化性能,因此在环境科学领域具有广阔的应用前景。本论文的主要研究内容是基于近几年的研究热点——金属配位化学的几个重要理论基础,包括金属可逆竞争配位调控、金属协调配位调控、金属配位破坏调控。从这三个方面入手,来开展针对环境目标物质的研究。全文共分五个部分,具体如下:第一章绪论本章主要介绍了金属配位化学的背景以及它在环境化学领域的进展。首先,通过其他学者的研究介绍了其在环境目标物质的分析识别和环境污染物后处理上的广泛应用。随后,提出了我们所建立的方法的创新点。第二章基于金属可逆竞争配位设计茜素红（AR）-Tb3+复合物作为比例型比色和荧光双通道探针,结合智能手机检测炭疽生物标志物本章主要基于DPA和茜素红（AR）-Tb3+复合物在硼酸-硼砂盐缓冲溶液中的竞争配位作用,开发了一种新型的比色-荧光双通道探针,检测炭疽生物标志物（吡啶二羧酸,DPA）。通过UV-vis光谱滴定证明AR和Tb3+离子在缓冲液中以3:1的配位形式存在。未添加DPA时,AR-Tb3+复合物的颜色为紫红色并在紫外（UV）灯下显示弱橙色荧光。加入DPA会破坏AR-Tb3+的配位,形成DPA-Tb3+配合物。溶液的颜色从紫红色逐渐变为黄色,同时,在紫外灯照射下DPA-Tb3+发出亮绿色荧光,成功建立比例型比色和荧光双通道检测DPA的平台。与此同时,基于智能手机内置的色彩扫描APP,可将该探针进一步应用于现场快速可视化测定DPA浓度。并且,通过我们开发的新方法可以很便捷地实现对芽孢杆菌释放出的DPA进行快速、灵敏和选择性检测。第三章基于金属协调配位设计可重复利用的磁性无限配位聚合物Fe3O4@Tb/AMP核-壳结构纳米吸附剂用于选择性去除阴离子型染料本章主要基于金属-有机配体和目标物质高度可协调功能,合理地设计出一种可重复利用的新型磁性复合无限配位聚合物Fe3O4@Tb/AMP核-壳结构的纳米吸附剂,开发了一种从有色废水中选择性去除阴离子染料的新技术。将金属离子铽Tb3+用作中心金属节点,腺嘌呤核苷酸AMP作为有机配体与金属节点无限配位形成超分子ICP网络结构壳层;Fe3O4纳米粒子自适应封装在ICP网络中作为核。所制备的磁性核壳结构表现出对阴离子染料的极佳的吸附选择性。最佳吸附条件下,纳米吸附剂表现出极快的吸附性能（5分钟内染料去除率能够达到96%以上）,等温线数据与Langmuir模型高度拟合。温度298 K时,最大吸附容量AR(357.14 mg g-1),CR(909.09 mg g-1),且吸附容量随着温度的升高进一步提高。简单的盐/乙醇洗涤就可以使Fe3O4@Tb/AMP核壳纳米粒子再生,并且在5个循环周期内具有很高的重复利用性。磁性Fe3O4@Tb/AMP核壳纳米粒子作为吸附剂,可真正实现有色阴离子染料从有色废水中的选择性去除,这对于染料污染废水处理技术的可持续发展具有重要意义。第四章基于金属配位破坏设计无限配位聚合物{Co（3,5-dbsq）（3,5-dbcat）（bix）}ICP前驱体制备CoOx/GO催化氧化有机难降解废水的机理探究本章主要基于对金属-有机配体破坏调控的原理,电化学极化具有氧化还原活性的{Co（3,5-dbsq）（3,5-dbcat）（bix）}ICP前驱体,在ITO玻璃片层上原位生成CoOx/GO纳米催化剂活化氧化剂Oxone,实时在线监控和处理工业难降解废水。将Co ICP或Co ICP/GO前驱体在0.10 mol L-1的KCl溶液中,-1.1 V电位下极化工作电极1000 s,得到单分散的超小尺寸的CoOx（1.42±0.34 nm）或CoOx/GO（1.21±0.28 nm）纳米粒子,掺杂GO作为载体提供更快的电子传输速率和更强的稳定性。通过对亚甲基蓝（MB）的降解实验证实了CoOx/GO对Oxone的催化活性,并探究其机理。2.0 mL,20 mg L-1的MB溶液在60℃的条件下,4分钟之内就能降解完全,明显优于其他Co催化剂。合成的CoOx/GO有着非常低的活化能,理想的催化和重复利用性能。我们首次以ITO玻璃为原料构建便携式反应池,通过结合紫外/可见光谱仪,可以直接实现对纺织和化妆品工业有色废水催化降解的实时监测。这对于开发在线监测设备,实现工业废水处理过程中的信息采集和过程化控制具有重要意义。

关键词：金属配位化学;无限配位聚合物;环境分析;污染物后处理;吡啶二羧酸;染料废水

学科专业：环境科学

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1 引言

2 环境污染物检测和后处理的新需求

3 金属配位化学的背景

4 金属配位化学在环境化学中的优势

4.1 金属配位化学与环境目标物的分析识别

4.2 金属配位化学与环境污染物的后处理过程

5 本论文的研究意义和内容

6 研究思路与框架

第二章 基于金属可逆竞争配位设计茜素红（AR）-Tb~(3+)复合物作为比例型比色和荧光双通道探针，结合智能手机检测炭疽生物标志物

1. 引言

2. 实验

2.1 材料和仪器

2.2 DPA的比例型比色和荧光检测

2.3 基于智能手机的DPA响应

2.4 细菌孢子的萌发

3. 结果与讨论

3.1 机理探究

3.2 灵敏度和选择性

3.4 基于智能手机的DPA响应

3.5 检测细菌孢子释放的DPA

4. 结论

第三章 基于金属协调配位设计可重复利用的磁性无限配位聚合物核壳纳米粒子吸附剂Fe_3O_4@Tb/AMP核壳结构选择性去除阴离子染料

1. 引言

2. 实验

2.1 材料和试剂

2.2 Fe_3O_4@Tb/AMP核壳纳米粒子的合成

2.3 表征

2.4 吸附实验

2.5 解吸和重复性实验

2.6 有色废水中选择性分离阴离子染料

3. 结果与讨论

3.1 Fe_3O_4@Tb/AMP核-壳纳米粒子的制备与表征

3.2 吸附条件的优化

3.3 吸附动力学，等温线和热力学研究

3.4 解吸和重复利用性

3.5 实际废水中选择性吸附阴离子染料

4. 结论

第四章 基于金属-有机配体电化学氧化-还原配位破坏设计无限配位聚合物{Co(3,5-dbsq)(3,5-dbcat)(bix)} ICP前驱体制备CoO_x/GO催化氧化有机难降解废水的机理探究

1 引言

2 材料和方法

2.1 试剂和仪器

2.2 前驱体{Co(3,5-dbsq)(3,5-dbcat)(bix)} ICP的合成

2.3 掺杂GO的{Co(3,5-dbsq)(3,5-dbcat)(bix)} ICP合成

2.4 CoO_x和CoO_x/GO纳米粒子的合成

2.5 MB的催化氧化实验

2.6 催化剂CoO_x/GO在实际工业废水中的应用

3 结果与讨论

3.1 Co ICP前驱体和CoO_x、CoO_x/GO的物理表征

3.2 使用CoO_x和CoO_x/GO活化Oxone

3.3 使用CoO_x和CoO_x/GO激活PMS催化氧化实际工业废水

4 结论

第五章 总结与展望

参考文献

致谢