成都理工研发光驱动新材料，重金属去除效率提升12倍

成都理工研发光驱动新材料，重金属去除效率提升12倍

成都理工大学材料与化学化工学院张信凤教授团队在Journal of Hazardous Materials（IF=12.2）上发表了一篇题为“Light-driven in-situ synthesis of nano-sulfur and graphene oxide composites for efficient removal of heavy metal ions”的研究论文。该研究开发了一种光驱动原位合成纳米硫和氧化石墨烯复合材料的方法，用于高效去除重金属离子，为金属离子的高效去除提供了新的思路。

研究思路

硫纳米颗粒（SNP）及其复合材料有望用于重金属吸附，但目前的SNP通常缺乏表面S²⁻，导致对重金属的亲和力低且易于聚集。在这里，研究团队报道了一种简单的光驱动方法，用于轻松制备表面富含S²⁻的SNP，并将它们原位加载到氧化石墨烯（GO）上以制造GO-S复合材料。在光照下，光敏剂phloxine B生成的单线态氧（1O2）能够将S²⁻氧化成元素SNP。由于GO对元素硫的强亲和力，SNP可以单分散并直接原位负载在GO表面上。得益于重金属离子的强亲硫性，GO-S对重金属离子的吸附能力提高了1.7-12.4倍，对Cu（II）、Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和Zn（II）的吸附效率在1h内可达94-98%，确保处理后的废水中这些重金属离子的浓度低于废水综合排放标准（GB/8978-1996）的最大允许值。吸附机制包括物理吸附、静电相互作用和络合。总体而言，研究提出的光驱动方法有望进一步促进SNPs修饰材料的简便合成以及在环境水域重金属净化中的应用。

图1展示了不同SNP复合物的合成示意图。在本研究中，研究团队报道了一种简单快速的光驱动合成方法，用于一锅法制备硫化纳米颗粒（SNPs），该方法使用荧光素B（PB）作为光敏剂产生活性氧（ROS），ROS逐渐将硫离子氧化成表面富含S²⁻的SNPs（图1C）。利用这种自下而上的合成策略，研究团队进一步实现了SNPs在氧化石墨烯（GO）表面的一锅法原位负载（图1C）。合成的GO-S复合材料在水中对Cu（II）、Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和Zn（II）表现出高效的去除能力。GO-S对水中Cu（II）、Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和Zn（II）的吸附率在1h内可达94-98%，显著高于单独GO吸附的量（15-59%）。特别是，GO-S对Cu（II）的吸附率是原始GO的6倍。此外，与将SNPs包裹在多层石墨烯中的策略相比，GO-S对Cd（II）的吸附能力几乎高出10倍。所提出的光驱动合成方法不仅极大地简化了SNPs的制备过程，而且为基于SNPs复合材料的环境污染控制提供了新思路。

环境影响

重金属离子，如Cu（II）、Cd（II）、Hg（II）、Pb（II）和Zn（II），由于其毒性、持久性和生物积累能力，对环境和人类健康构成重大威胁。本研究提出了一种绿色、光驱动的方法来合成硫纳米颗粒和氧化石墨烯复合材料（GO-S），以有效去除废水中的重金属。该方法提高了吸附效率，同时避免了有害化学物质和能源密集型工艺，符合可持续实践。去除效率高，抗干扰能力强，非常适合在废水处理中的环境应用，为减轻重金属污染提供了切实可行的解决方案。