功能纳米结构材料可控组装及其在环境检测与治理方面的应用

利用自组装技术，可控制备功能纳米结构材料，实现对环境污染物的快速灵敏检测与高效治理。主要内容包括结合简易高效的"点击化学"反应，构建基于金纳米粒子的表面分子工程体系，侧重考察典型环境污染物与表面分子的自组装相互作用对金纳米粒子相关表面等离子谱的影响，探索特异性检测的最优条件，建立基于金纳米粒子等离子效应和表面特异性自组装检测典型环境污染物的新方法；基于转相水解和腐蚀溶出等方法，宏量、低成本可控组装性能稳定且能循环使用的新颖金属氧化物多级纳米结构材料，重点考察其自组装微观结构与有机染料降解效率的关联度，研究其表面特性对模拟工业油污吸附和脱附效果的影响，综合评价分析其用于环境治理的可行性。研究成果有望应用于重点矿区重金属离子污染的监测和治理、有机染料废水的净化以及工业油污的吸附与脱附。

本项目利用自组装技术，可控制备功能纳米结构材料，实现对污水中典型环境污染物的高效治理。1. 通过双相转移生成硫酸亚铁与硫磺混合胶粒，在超声作用下宏量制备了由纳米棒组成的海胆状分级纳米结构的氢氧化铁。在此基础上，通过煅烧得到了海胆状分级纳米结构的α-氧化铁。上述两种铁氧化物的纳米结构均能大量吸附模拟废水中的有机污染物，吸附量目前位于文献报道前列, 有望在环境综合治理方面得到应用。2. 利用小分子三聚氰胺与银离子的配位作用，超分子可控自组装形成超长纳米纤维和螺旋纳米带，通过原位光还原得到准一维排布的银纳米颗粒。利用瑞利不稳定性原理，以上述复合纳米纤维为模板，通过溶胶-凝胶法，调节煅烧温度可控组装分级纳米结构的TiO2/Ag纳米管和纳米球，将其应用于污水中染料的光催化降解。3. 通过限制性氧化还原反应，可一次性组装克级的由超薄纳米片组成的花状微米α-二氧化锰。该具有分级结构的二氧化锰对亚甲基兰的吸附容量远大于商业化的微米级的二氧化锰以及纳米级的二氧化钛和三氧化二铁，且可重复利用。4. 利用硫酸盐作用下的原电池反应，构建了由纳米片组成的花状α-羟基氧化铁，进一步通过煅烧得到了花状分级纳米结构的磁性γ-氧化铁。两种铁氧化物的分级纳米结构均能大量吸附废水中的有机污染物。5. 通过水热条件下的限制性氧化还原反应, 在铝箔表面上组装由纳米片构成的2D二氧化锰纳米墙。通过反应温度和时间的控制, 可控得到不同孔隙的纳米墙, 表面疏水修饰后有望应用于污水中油污的选择性吸附。