纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(I): 单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要. 本文假定膜具有狭缝状孔, 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象. 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到. 本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl, KCl, LiCl), 2-1型(K₂SO₄)和2-2型(MgSO₄)单一电解质溶液的截留率, 并与实验数据进行了比较, 两者吻合较好. 计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确, 但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(Ⅰ):单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要.本文假定膜具有狭缝状孔,采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象.使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征,这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到.本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl,KCl,LiCl),2-1型(K2SO4)和2-2型(MgSO4)单一电解质溶液的截留率,并与实验数据进行了比较,两者吻合较好.计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移,纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定.该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确,但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

Ni2+和Cd2+跨人红细胞膜的比较研究

以往对金属离子跨红细胞膜转运多集中在体内的宏量金属离子, 如Na+, K+, Ca2+, Mg2+及某些必需的重金属元素Fe2+, Cu2+, Zn2+等[1～3], 对其它重金属离子的跨膜转运研究较少. 我们曾研究了具有不同电荷的Co(Ⅲ)配合物的红细胞摄入动力学及机理[4]. 在此基础上进一步选择离子电荷数相同, 但电子组态不同的两个金属离子Ni2+和Cd2+为研究对象. Ni2+为d8组态, 动力学上是惰性的, 为体内必需的微量元素; 而Cd2+为d10组态, 动力学上是活性的, 却为有毒重金属, 本研究比较了它们跨人红细胞膜传递的动力学以及其与人红细胞作用的差异性.     

电活性质点Fe^2^+离子在六氰亚铁钒薄膜中的传输

电活性质点Fe^3^+可穿透六氰亚铁钒薄膜在玻璃碳基体电极表面于较负电位处直接氧化, 也可经VHF膜中氧化还原点位的媒介在较正电位处理膜-溶液界面及膜内部发生催化氧化. 两个过程分别在用VHF修饰过的旋转GC电极上的伏安曲线中产生, 可明确分辨的第一波和第二波. 第一波的极限电流受Fe^2^+离子在溶液中和膜中的扩散速率控制.VHF薄膜对Fe^2^+离子的透过能力, kDm/d, 为10^-^3-10^-^2cm.s^-^1数量级, 随膜厚度增大而减小, 不随溶液中Fe^2^+离子浓度改变.     

H2O-C2H5OH-MX(NaCl等)体系中离子缔合和活度

用桥式电路测定了H_2O-C_2H_5OH-NaCl体系的摩尔电导, 并用Lee-Wheaton模型回归出H_2O-C_2H_5OH-NaCl(KCl、CsCl、KBr)体系的离子缔合常数、极限摩尔电导和距离参数, 并求出缔合反应标准自由焓。结果表明离子缔合能力的顺序为Cs~+>K~+>Na~+, Cl~->Br~-, 此四种盐在乙醇中都形成溶剂分开型离子对。并用液上空间气相色谱法测定了水-乙醇-(NaCl、KCl、KBr)体系中溶剂的活度, 用改进的Pitzer-Li公式计算了此体系的活度系数, 计算时考虑了盐在低介电常数溶剂中的离子缔合, 结果表明这种处理是合适的。还表明离子缔合程度随着乙醇浓度上升而加大, 以及盐的存在对水呈盐溶效应而对乙醇呈盐析效应。     

纳米多孔金的单分子层门控离子输运性质研究

生物离子通道能够对环境刺激作出响应,有效地调节细胞内外的物质平衡,保证体内的正常生命活动.研究具有生物离子通道功能的人工离子通道对发展离子开关具有重要的意义.本工作利用电化学去合金法制备了具有三维通道结构的纳米多孔金膜,并将其应用于离子通道,研究其离子输运性质.在电场作用下,纳米多孔金由于发生极化而使通道表现出离子整流性质.在纳米多孔金表面修饰十二烷基硫醇单分子层,利用其疏水效应,通道能够阻止离子的传输,使其处于“关闭”态.溶液中的化学刺激如表面活性剂能够增强电解质溶液在通道表面的浸润,有利于离子的传输,使通道处于“打开”态.这种单分子层修饰的纳米多孔金表现出表面活性剂响应的离子开关特性.     

盐-水体系溶解平衡计算的自由能最小化及溶度积方法

根据电解质溶液的基本物理化学原理和近代电解质溶液理论的Pitzer离子相互作用模型,通过计算浓电解质溶液的活度系数和水的活度,研究了盐-水体系溶解平衡的计算方法.结果表明,体系Gibbs自由能最小化方法是计算盐-水体系溶解平衡的一种有效方法,其计算结果与溶度积法一致.     

醋酸离子液体[C2mim][OAc]水溶液的摩尔表面Gibbs自由能

在288.15-318.15 K温度范围内测定了不同浓度离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([C₂mim][OAc])水溶液的表面张力和密度;在改进李以圭等人的溶液表面张力模型基础上,提出摩尔表面Gibbs自由能新概念,建立了摩尔表面Gibbs自由能随溶液浓度变化的线性经验方程,利用这个经验方程估算了[C₂mim][OAc]水溶液的摩尔表面Gibbs自由能,并进一步预测了该溶液的表面张力,其预测值与相应的表面张力实验值高度相关并非常相似。由此可见,摩尔表面Gibbs自由能与等张比容极其类似,可能成为预测离子液体及其溶液性质的一种新的半经验方法。在指定溶液浓度下,根据溶液的摩尔表面Gibbs自由能随温度呈线性变化的规律,得到了新的Eötvös方程,与传统的Eötvös方程相比,新Eötvös方程的每一个参数都有明确的物理意义:斜率的负值是摩尔表面熵,截距是摩尔表面焓,在指定浓度的溶液中摩尔表面焓几乎不随温度变化。     

HCl-HClO_4-H_2O体系中高氯酸活度系数的测定

对盐酸-高氯酸混合体系中盐酸的活度系数已进行了一些研究,但对该体系中高氯酸的活度系数的研究还未见报道。近代发展的离子选择电极为电化学研究提供了方便,可用其组成无液界电池测定一些过去难以用此法测定的电解质溶液的活度系数。我们已用高氯酸根离子选择电极和玻璃电极组成无液界电池测定了高氯酸溶液中高氯酸的活度系数,现在又用该电极体系测定HCl-HClO_4-H_2O体系中高氯酸的活度系数。近期,R.M.派特科威茨等在探讨H~+与Cl~-缔合作用问题时引用了上述体系的盐酸的活度系数资料,而我们将根据     

电化学石英晶体微天平研究高氯酸钠水溶液中防冻添加剂对活性炭电极储存离子的影响

利用电化学石英晶体微天平(EQCM)研究了含有防冻添加剂(甲醇、 乙醇)的高氯酸钠水溶液中的Na⁺离子在活性炭表面的吸附过程. 根据EQCM数据估算了电极/溶液界面上与Na⁺络合的甲醇、 乙醇分子的数量, 研究了Na⁺的溶剂化效应随本体溶液中防冻添加剂浓度的变化趋势, 以及对活性炭电极比容量的影响.     

重金属盐溶解-沉淀反应的吉布斯自由能变的定量估算

对重金属盐溶解-沉淀反应的吉布斯自由能变(ΔG)进行了定量估算;在不加缓冲剂和pH调节剂的纯水体系中,观测了重金属离子Pb2+、Ni 2+及Zn2+的沉淀-溶解反应,计算了反应的表观平衡常数Kf及表观溶度积常数K′sp;与此同时,对相关计算结果进行了实验验证.结果表明,重金属盐溶解-沉淀反应的ΔG只与反应物的初始浓度和平衡浓度有关,通过测定反应物的平衡浓度即可求得反应的ΔG;重金属离子Pb2+、Ni 2+及Zn2+的沉淀-溶解反应表观平衡常数Kf及表观溶度积常数K′sp皆随重金属盐的起始表观浓度Q0的增大而发生规律性变化:Kf先增大后减小,K′sp趋于最大恒定值,并接近于Ksp;而三种体系的ΔG均为负值,ΔG的绝对值先随Q0的增大而增大,然后趋于相对恒定.实验结果表明,不能用Kf而只能用Ksp描述重金属盐的沉淀-溶解平衡,ΔG绝对值与真正参与反应的反应物的量呈正相关;ΔG<0说明纯水中重金属盐的溶解反应是自发进行的.类似地,通过计算溶解-沉淀反应的ΔG,可以判断沉淀法处理重金属污染废水在热力学上的可行性.     

α-Al2O3纳米粒子对Co-Ni合金异常共沉积电化学行为的影响

为了研究在电化学复合共沉积过程中,惰性纳米粒子和金属离子、电极表面的相互作用,以及由此产生的对合金电化学共沉积行为的影响.本文从两个吸附过程出发: 电解液中的金属离子和H＋在纳米粒子表面的吸附；纳米粒子迁移到阴极表面,在电极表面的吸附.采用Zeta电势和稳态极化以及电化学交流阻抗（EIS）研究了纳米Al2O3粒子和电解液中的金属离子，和电极表面的相互作用,进而分析了纳米粒子对Co2＋和Ni2＋还原沉积的影响规律.通过对阻抗数据的拟合,讨论了Al2O3纳米粒子对等效电路中各物理参数的影响.在H＋和不同金属离子在纳米粒子上发生竞争吸附的基础上,提出了纳米粒子和合金共沉积的可能反应历程.     

几种金属离子对胭脂红与牛血清白蛋白相互作用的影响——荧光光谱研究

利用荧光光谱法研究了不同温度(15、27、39℃)下食用合成色素胭脂红对牛血清白蛋白(BSA)的内源荧光猝灭特性,考察了Cu2+、Ni 2+、Pb2+等金属离子对二者相互作用的影响,并测定了不同温度下的猝灭常数KSV、结合常数KA和结合位点数n.结果表明,3种金属离子基本不影响胭脂红对BSA荧光猝灭机理,但Cu2+、Ni 2+、Pb2+离子都与BSA有一定的结合能力,可在不同程度上增强胭脂红与BSA的结合作用及其对BSA内源荧光的猝灭.     

高氯酸镱对大鼠背根神经元细胞毒性及膜上钾通道的影响

研究了高氯酸镱(Yb(ClO4)3)诱导大鼠背根神经(DRG)元凋亡、引起胞内钙离子浓度变化以及对膜上钾离子通道的影响.急性分离大鼠DRG细胞,用不同浓度的Yb(ClO4)3处理DRG细胞24和96h,采用流式细胞仪和激光共聚焦法,检测细胞的凋亡和细胞内钙离子荧光强度的变化.利用全细胞膜片钳法,记录Yb(ClO4)3对细胞膜上不同钾通道电流的影响.结果表明,10,100,1000μmol/L Yb(ClO4)3处理DRG神经元24h,细胞基本不表现凋亡;处理96h,细胞出现明显的凋亡(P0.05～0.01),尤其是1000μmol/L Yb(ClO4)3,凋亡率达到了(55.23±3.76)%(P0.01).经Yb(ClO4)3孵育的DRG神经元胞内的Ca2+的荧光强度显著增大;Yb(ClO4)3抑制背根神经节纤维和神经元突起的生长.Yb(ClO4)3抑制DRG神经元膜上的钾电流,胞内和胞外的Yb(ClO4)3作用钾通道的部位不同.细胞外液中的Yb(ClO4)3不同程度地阻断了瞬间外向钾电流IA,对延迟整流钾电流几乎没影响;往电极内液中加入同样浓度的Yb(ClO4)3对IA影响很小,却特异性地阻断了延迟整流钾电流IK.10μmol/L Yb(ClO4)3使IA的激活和失活过程都显著右移,延长了瞬间外向钾电流达到峰值的时间和快速失活时间常数,增加神经元的兴奋性.     

在多孔有机聚合物中构筑广谱性重金属离子吸附活性位

以三维刚性结构的三蝶烯为单体, 通过简单的Friedel-Crafts烷基化反应制备得到高比表面积的三蝶烯基多孔有机聚合物(TPOP), 在TPOP中接枝乙二胺和氯乙酸钠, 构建了广谱重金属离子吸附剂(TPOP-CH₂EDTA). 获得的TPOP-CH₂EDTA具有微孔/介孔结构, 其微孔尺寸为1.6 nm, BET比表面积为634 m²/g, 利于重金属离子传递和配位作用的强化. TPOP-CH₂EDTA对重金属离子具有吸附广谱性, 其对Ag(Ⅰ), Cu(Ⅱ), Ni(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Co(Ⅱ), Sn(Ⅳ), Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ), Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)等10种重金属离子的去除率均高于98%. 以Pb(Ⅱ)为典型的重金属污染物, 通过Langmuir模型计算得到Pb(Ⅱ)的最大吸附容量高达184.5 mg/g; 具有拟二级吸附动力学特征, 吸附速率快, 动力学常数k₂为0.0173 g·mg^?1·min^?1; 经过5次循环使用后, Pb(Ⅱ)的去除效率仍高达95.8%. TPOP-CH₂EDTA对混合溶液中Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除率均高于99%, 且对含有大量无机盐[如Ca(Ⅱ), Mg(Ⅱ), K(Ⅰ)和Na(Ⅰ)离子]和有机化合物的复杂真实水体系, Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除效率仍高于90%. 因此, 通过调控多孔有机聚合物微观结构(如比表面积、 孔径和吸附位点密度)而构筑的广谱性重金属吸附材料, 为协同去除复杂水系统中混合重金属离子提供了方案.     

对氯苄基三苯基镌-马来二氰基二硫烯镍配合物的合成和晶体结构

合成了一种新的含取代苄基三苯基镌的马来二氰基二硫烯镍配合物[ClBzTPP]2[M（mnt）2]·H2O（[ClBzTPP]’代表对氯苄基三苯基锑阳离子,mnt^2-代表马来二氰基二硫烯阴离子）．配合物为三斜晶系,空间群Pi,晶胞参数为a=1．0585（2）nm,b=1．1089（2）nm,c=1．1570nm,α=81．98（1）°,β=84．95（1）°,γ=84．45（1）°,V=1．3691（4）nm^3,Z=1,最终一致性因子R=0．0584．该配合物由2个[ClBzT—PP]^＋阳离子,1个[M（mnt）2]^2-阴离子和1个H2O组成．其结构特点是配合物中的[C1BzTPP]’阳离子和Ni（mnt）2^2-阴离子沿c轴方向堆积成柱,并通过C—H…S,C—H…π,C—H…Ni氢键和π-π堆积作用形成了二维网状结构．     

Equilibrium study of selected divalent d-electron metals adsorption on A-type zeolite

The objective of the presented study was to investigate the adsorption of Cu, Co, Mn, Zn, Cd and Mn on A-type zeolite. The isotherms for adsorption of metals from their nitrates were registered. The following adsorption constants K of metals were found: 162,890, 124,260, 69,025, 16,035, 10,254, and 151 [M(-1)] for Cu, Co, Mn, Zn, Cd, and Ni, respectively, for the concentration range 10(-4)-10(-3) M. On the other hand, the investigation of pH influence on the distribution constants of metals showed that the adsorption of metals proceeds essentially through an ion-exchange process, surface hydrolysis, and surface complexation. The supplementary results from DRIFT, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction methods confirmed the presumption about the possible connection between the electronic structure of divalent ions and their adsorption behavior, showing that ions with d5 and d10 configurations such as Mn2+, Zn2+, Cd2+, with much weaker hydrolytic properties than Cu2+ and Ni2+, strongly interact with the zeolite framework and therefore their affinity to the zeolite phase is much stronger when compared with that of the Ni2+ ion, but at the same time not as strong as the affinity of the Cu2+ ion, the latter forming a new phase during the interaction with zeolite framework. For Zn2+, during inspection of the correlation between the proton concentration H/Al and zinc concentration Zn/Al on the zeolite surface, the formation of the surface complex [triple bond]S-OZn(OH) was proposed. A correlation between the heterogeneity of proton concentrations H/Al on Me-zeolite surfaces and the hydrolysis constants pKh of Me2+ ions was found.     

Bioaccumulation of heavy metals on adapted <Emphasis Type="Italic">Aspergillus foetidus</Emphasis>

The development of the organisms extracellular and intracellular mechanisms for the uptake of heavy metals were conducted by using the natural detoxification strategies of the organism to toxicity. Aspergillus foetidus was used as a test case organism to examine these processes. Aspergillus foetidus was adapted to multi-metals (Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni and Zn) by a sequential method for tolerance development. The detoxification strategies of A. foetidus occurred by two mechanisms. The first mechanism is the production of extracellular metabolites that is capable of adsorbing and precipitating the metal ions on the cell surface. The second mechanism for the detoxification of metals is the intracellular binding of heavy metals to thiol containing compounds such as GSH and sequestering these metal–thiol complexes into sub-cellular compartments or vacuoles. These detoxification strategies resulted in adapted organisms with tolerance to multi-heavy metals concentrations and significantly higher metal uptake with adaptation.     

一种一维超分子链状四核镍夹心砷钨酸盐的合成和表征(英文)

利用水热方法合成了一种一维超分子链状四核镍夹心的砷钨酸盐[enH2][Ni(en)2]4[Ni4(H2O)2(α-AsW9O34)2].10H2O(1)(en=ethylene diamine);借助元素分析、红外光谱和单晶X射线衍射对其进行了表征。结果表明,化合物1的分子结构单元由1个二支撑的四核镍夹心砷钨酸盐多阴离子{[Ni(en)2]2[Ni4(H2O)2(α-AsW9O34)2]}6-,2个游离的[Ni(en)2]2+配离子,1个游离的双质子化[enH2]2+阳离子和10个结晶水分子组成。有趣的是,相邻的四核镍夹心砷钨酸盐多阴离子{[Ni(en)2]2[Ni4(H2O)2(α-AsW9O34)2]}6-借助Ni…O弱相互作用构筑一维超分子链状结构[Ni…O距离分布在0.253 2～0.283 7nm之间]。     

有机-无机杂化四核镍取代的夹心型砷钨酸盐的合成与晶体结构

在水热条件下,合成了-种有机-无机杂化四核镍取代的夹心型砷钨酸盐[Ni(detaH)2(H2O)]2[Ni(deta)2][Ni4(H2O)2(B-α-AsW9O34)2]·4H2O(deta=二乙烯三胺),并借助IR光谱和X射线单晶衍射对其结构进行了表征.标题化合物属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数:a=2.16...