80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

  由于人口持續(xù)增長、工業(yè)快速發(fā)展和水體污染，全球淡水短缺問題日益凸顯。各種海水淡化和污水處理技術(shù)例如反滲透和膜蒸餾等被開發(fā)用于淡水生產(chǎn)，然而這些技術(shù)大多存在資本投入密集，以及依賴并消耗大量化石能源的缺點(diǎn)。近年來，太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)由于環(huán)境友好和投資成本低等特點(diǎn)，被視為最具發(fā)展前景的淡水生產(chǎn)技術(shù)之一。相較于傳統(tǒng)的底部加熱和整體加熱模式，界面加熱將蒸發(fā)器固定在空氣-水界面處，減小熱損失，從而提高光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率。然而當(dāng)水體被不可生物降解的有毒有機(jī)物污染時(shí)，光熱蒸發(fā)將導(dǎo)致有機(jī)物在母液中富集或進(jìn)入蒸餾水，給環(huán)境和健康帶來危害。例如，四環(huán)素（TC）作為一種常見的抗生素被廣泛用于人類和動(dòng)物感染的治療，近年來在各種環(huán)境基質(zhì)中被頻繁檢測到，對生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。

  為解決上述問題，人們在太陽能界面蒸發(fā)和污染物降解相結(jié)合的方面做了很大努力。高級氧化技術(shù)（Advanced Oxidation Process，AOP）是利用活性氧（Reactive Oxidative Species，ROS）對有機(jī)污染物進(jìn)行氧化分解的重要方法，包括光催化氧化、芬頓氧化和過硫酸鹽活化氧化等。近年來，太陽能界面蒸發(fā)和光催化技術(shù)的結(jié)合受到廣泛關(guān)注，其中光熱材料通常吸收長波光子進(jìn)行光熱蒸發(fā)，半導(dǎo)體光催化劑通常吸收短波光子進(jìn)行污染物的降解。然而，光熱材料和光催化劑通常是兩種獨(dú)立的材料，導(dǎo)致蒸發(fā)器設(shè)計(jì)復(fù)雜且不利于太陽能高效利用。另一種新興的策略是將太陽能界面蒸發(fā)和基于硫酸根自由基的AOP（Sulfate Radical-based AOP，SR-AOP）結(jié)合。SR-AOP具有半衰期長、氧化還原電位高和選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，在構(gòu)建協(xié)同的光熱-催化體系方面受到關(guān)注。在光熱蒸發(fā)和SR-AOP的集成設(shè)計(jì)中，光熱材料產(chǎn)生的局部熱量和催化劑活性位點(diǎn)協(xié)同的加速了過硫酸鹽例如過一硫酸鹽（PMS，HSO₅^-）的活化以產(chǎn)生ROS降解污染物。然而，目前界面蒸發(fā)中的催化劑暴露的活性位點(diǎn)數(shù)量有限，不利于高效催化。開發(fā)集高多孔結(jié)構(gòu)、暴露活性位點(diǎn)和光熱催化性能于一體的蒸發(fā)器是問題的核心，但仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

  金屬-有機(jī)框架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一類由金屬離子/團(tuán)簇和有機(jī)配體組成的晶態(tài)多孔材料，具有比表面積高、孔徑可調(diào)節(jié)、組成和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于多相催化、氣體分離、傳感、能量儲存和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域。鈷基MOFs被證明是高效的SR-AOPs催化劑，其中均勻分布的鈷離子作為PMS活化的催化位點(diǎn)。因此，合理設(shè)計(jì)具有高比表面積、高效光熱轉(zhuǎn)換和豐富的SR-AOP催化位點(diǎn)的“多合一”功能的MOF，以實(shí)現(xiàn)光熱蒸發(fā)和AOP的高效協(xié)同，是實(shí)現(xiàn)淡水生產(chǎn)和污染物降解的一種有效途徑，但目前這方面的工作還未被報(bào)道。

  在最近的工作中（Applied Catalysis B: Environmental 337 (2023) 123001，影響因子為24.319），他們制備了一種鈷基MOF（即Co-CAT），將其涂覆在棉布上并以泡沫為基底，得到雙功能蒸發(fā)器用于太陽能界面蒸發(fā)和AOP催化降解TC（圖1）。Co-CAT是通過配體HHTP（C₁₈H₁₂O₆）和金屬鹽醋酸鈷在水溶液中加熱反應(yīng)形成的，將洗滌和干燥后的Co-CAT經(jīng)過球磨成粉末。將Co-CAT粉末涂覆在棉布上，并以聚苯乙烯（PS）泡沫為漂浮基體，制備得到Co-CAT蒸發(fā)器。

  對合成的Co-CAT進(jìn)行結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征（圖2）。通過SEM和TEM表征Co-CAT的形貌和微觀結(jié)構(gòu)。Co-CAT從宏觀上看為黑色粉末，從微觀上看為形狀不規(guī)則的顆粒，這是球磨導(dǎo)致的。高分辨TEM圖顯示出間距為1.68 nm的晶格條紋，對應(yīng)于Co-CAT的（100）晶面。由N₂吸附-脫附等溫曲線可知Co-CAT具有較高的BET比表面積（418 m² g^-1）和豐富的微孔。DFT模型孔徑分布曲線顯示Co-CAT孔徑主要集中在1.4 nm，接近于理論孔徑1.2 nm，少部分介孔孔徑位于2.4和4.4 nm。Co-CAT的高比表面積和豐富微孔有利于太陽光吸收、水蒸發(fā)焓降低和質(zhì)量傳遞。在固態(tài)¹³C NMR圖譜中，位于109、127和144 ppm的化學(xué)位移分別對應(yīng)于有機(jī)配體HHTP中三種不同化學(xué)環(huán)境的碳原子，表明合成的Co-CAT具有預(yù)期化學(xué)結(jié)構(gòu)。此外，制備的Co-CAT的XRD圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜吻合，說明合成的Co-CAT具有預(yù)期晶體結(jié)構(gòu)。

  測試Co-CAT蒸發(fā)器的光熱水蒸發(fā)性能（圖3）。光熱蒸發(fā)測試裝置由太陽光模擬器和電子天平組成。在1 kW m^-2光強(qiáng)照射下，TC溶液的質(zhì)量損失與時(shí)間呈線性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用Co-CAT蒸發(fā)器和進(jìn)一步加入PMS時(shí)的水蒸發(fā)速率分別為2.13 kg m^-2 h^-1和2.17 kg m^-2 h^-1，明顯高于不使用蒸發(fā)器時(shí)的水蒸發(fā)速率（0.65 kg m^-2 h^-1）和使用棉布（Cotton）蒸發(fā)器時(shí)的水蒸發(fā)速率（0.78 kg m^-2 h^-1）。Co-CAT蒸發(fā)器在20次蒸發(fā)測試中，水蒸發(fā)速率始終保持在2.1 kg m^-2 h^-1以上，表明Co-CAT蒸發(fā)器具有良好的循環(huán)使用穩(wěn)定性。此外，Co-CAT蒸發(fā)器的光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率為97.6%，和一些已報(bào)道的蒸發(fā)器相比具有突出的光熱蒸發(fā)性能。

  以TC為降解對象，測試Co-CAT蒸發(fā)器在PMS作用下的催化降解性能（圖4）。50 ppm TC溶液在黑暗30 min和光照60 min后濃度僅下降6.7%，加入Co-CAT蒸發(fā)器并光照60 min后濃度降低14.2%。在TC溶液中加入PMS和Cotton蒸發(fā)器，光照60 min后TC濃度降低了65.6%（即降解效率為65.6%），表明光照條件下PMS對TC的降解起到作用。當(dāng)TC溶液中同時(shí)加入PMS和Co-CAT蒸發(fā)器，光照10 min后TC降解效率達(dá)67.4%，光照60 min后降解效率達(dá)91.1%，表明Co-CAT有效催化PMS活化以促進(jìn)TC降解。此外，計(jì)算表明使用Co-CAT + PMS時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k（0.063 min^-1）明顯大于僅使用PMS時(shí)的k（0.022 min^-1），說明Co-CAT顯著加快了降解反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明TC濃度和PMS濃度對TC降解有影響，當(dāng)TC濃度從25 ppm增加到100 ppm時(shí)，TC降解效率從99.4%下降到63.6%，當(dāng)PMS濃度從0.03 g L^-1增加到0.09 g L^-1時(shí)，TC降解效率從63.3%增加到96.6%。Co-CAT蒸發(fā)器循環(huán)使用10次后TC降解效率保持在90%左右，表明蒸發(fā)器具有良好的催化穩(wěn)定性。為驗(yàn)證光熱蒸發(fā)和PMS引發(fā)催化降解的協(xié)同效應(yīng)，以光照為變量進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)。黑暗條件下PMS對TC的降解性能（38.2%，0.009 min^-1）明顯低于光照條件（65.6%，0.022 min^-1），并且黑暗條件下Co-CAT + PMS體系對TC的降解性能（86.8%，0.039 min^-1）低于光照條件（91.1%，0.063 min^-1），表明光照不僅促進(jìn)PMS活化，而且增強(qiáng)了Co-CAT對PMS活化的催化作用，這歸因于Co-CAT利用光熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的熱量加速了PMS的活化分解。也即，通過雙功能的Co-CAT協(xié)同地實(shí)現(xiàn)了光熱水蒸發(fā)和PMS引發(fā)的TC催化降解。

圖1 Co-CAT蒸發(fā)器的制備并用于太陽能界面水蒸發(fā)和TC降解的示意圖

圖2 Co-CAT的（a）SEM圖和瓶裝粉末照片，（b）高分辨TEM圖，（c）N₂吸附-脫附等溫線，（d）DFT模型孔徑分布曲線，（e）固態(tài)¹³C NMR圖譜和（f）XRD圖譜

圖3 Co-CAT蒸發(fā)器用于太陽能界面蒸發(fā)產(chǎn)水性能

圖4 Co-CAT蒸發(fā)器用于AOP催化降解四環(huán)素性能

圖5（A和B）PMS分子吸附在Co-CAT上的DFT模型示意圖，和（C和D）PMS吸附在Co-CAT上的差分電荷密度示意圖，黃色區(qū)域表示富電子區(qū)，綠色區(qū)域表示貧電子區(qū)。原子顏色：Co，藍(lán)色；O，紅色；C，棕色；S，黃色；H，白色

  以上研究成果以Rational construction of “all-in-one” metal-organic framework for integrated solar steam generation and advanced oxidation process為題發(fā)表在期刊Applied Catalysis B: Environmental（影響因子為24.319）上。論文第一作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院2020級碩士研究生何攀攀，華中科技大學(xué)龔江研究員和湖北大學(xué)董志月老師是共同通訊作者。論文作者還包括碩士研究生蘭宏宇、白慧穎、朱營營、范子芬、劉潔、劉麗潔，以及牛冉研究員。該研究得到國家自然科學(xué)基金、華中科技大學(xué)人才引進(jìn)基金、湖北省海外高層次人才計(jì)劃等資助。

  文章信息

  Panpan He, Hongyu Lan, Huiying Bai, Yingying Zhu, Zifen Fan, Jie Liu, Lijie Liu, Ran Niu, Zhiyue Dong*, Jiang Gong*, Rational construction of “all-in-one” metal-organic framework for integrated solar vapor generation and advanced oxidation process. Applied Catalysis B: Environmental 337 (2023) 123001.

  https://authors.elsevier.com/a/1hGWL3Id%7Et57dk

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323006446