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Desalination ( IF 9.8 ) | 氮化硼纳米材料用于无机污染物去除:制造、吸附性能及机制
信息来源:本站 | 发布日期: 2026-05-30 09:44:03 | 浏览量:114053
快速工业化和日益增长的能源需求加速了无机污染物的释放,对生态系统和人类健康构成严重威胁。尽管已探索了各种水处理技术,但许多技术存在成本高、产生污泥以及在水基质中效果有限等问题。在这些技术中,吸附法因其简单性、快速动力学、高选择性和可重复使用性而成为一种…
01
文章摘要
快速工业化和日益增长的能源需求加速了无机污染物的释放,对生态系统和人类健康构成严重威胁。尽管已探索了各种水处理技术,但许多技术存在成本高、产生污泥以及在水基质中效果有限等问题。在这些技术中,吸附法因其简单性、快速动力学、高选择性和可重复使用性而成为一种有前景的方法。本综述全面评估了六方氮化硼(BN)作为去除无机污染物的先进吸附剂。首先,总结了多种制备方法和功能化策略,以突出结构和化学改性如何提高吸附性能。比较并分析了基于 BN 的材料对一般重金属、放射性元素和氧化还原敏感物质的吸附容量。讨论了表面络合、静电吸引、离子交换和氧化还原反应的机理,并评估了再生和长期可重复使用性。 最终,未来展望强调了将计算建模与机器学习相结合进行预测设计的重要性,这有助于提高多组分系统中的选择性,验证其大规模适用性,并确保技术经济可行性。总而言之,本综述总结了基于氮化硼吸附剂的当前进展,并为将其作为可持续解决方案用于无机污染物治理提供了指导。
02
主要图例

图 1。 (a) 混合荧光纳米复合材料[62]、(b) BNQD@CNFs[63]、(c) BNNR 气凝胶[64]、(d) DAPhen 修饰的 BNNSs[65]、(e) PEI-h BNNSs@Fe3O4 NPs[66]和(f) p-BN@ZVI[67]的制备示意图。

图 2. BN 对 Cd2+ 的吸附等温线,包括(a)Langmuir 和 Freundlich 模型[68]、(b)PFO 和 PSO 动力学模型[68]、(c)温度的影响[87]和(d)pH 的影响[87]的结果。还包括其他离子的吸附行为,包括(e)聚丙烯酸-BN 复合材料的 Cu(II)吸附[80],以及(f)SnFe2O4/BN/NiAl-LDH 复合材料的 SnFe2O4 选择性[73]。

图 3. BN 和功能化 BN 复合材料对 U(VI)的吸附性能,包括(a)等温线研究及模型拟合[33],(b)动力学研究及模型拟合[33],(c)HPBN-DAPy 在不同温度下的吸附容量[100],(d)ln Kd 与 1/T 线性拟合图[100],(e)U(VI)和竞争离子在不同 pH 值下的吸附[100],以及(f)在 Cl−、NO3− 和 SO42− 离子存在下 BNNSs-DAPhen 对 U(VI)的吸附[65].

图 4. 基于 BN 的材料对 Cr 物种的吸附,包括:(a) Cr(III)的吸附等温线研究及模型拟合[25],(b) Cr(III)的吸附动力学研究及模型拟合[25],(c) 温度对 Cr(VI)吸附的影响[103],(d) pBN-AS@MBA 在不同 pH 值下的吸附容量[103],(e) pBN-AS@MBA 的 zeta 电位随 pH 值的变化[103],以及(f) 使用碱性洗脱剂从 MHAs 中回收 Cr(VI)和 As(V)[66].

图 5. 光谱和结构分析阐明吸附机理,包括 (a) CMC-BNNS 凝胶在吸附 Ni2+ 前后 的 XPS 谱图[68],(b) SnFe2O4/BN/NiAl-LDH 复合材料吸附 Pb2+ 后的 XPS 宽谱和高分辨谱[73],(c) HPBN-DAPy 上 U(VI)的 XPS 谱图及吸附机理[100],(d) Cr(III)吸附后的 BN 的 FTIR 和 XPS 谱图[25],(e) BNNR 在吸附 Cd2+ 和 Cu2+ 前后的 FTIR 和 XPS 谱图[109],以及(f) BNNSs 在吸附 I2 前后及循环过程中的 XRD、拉曼和 FTIR 分析[110].

图 6。基于氮化硼的吸附剂的再生与可重复使用性,包括:(a) BNNSs-DAPhen 对 U(VI)的吸附在五个吸附-解吸循环中的表现[65];(b) 吸附剂的再生性能,显示 Cr(VI)的去除效率[103];(c) BNNR 在五个循环中对 Cd2+ 的去除效率[109],以及(d) BN-750 的可重复使用性[72].
03
主要结论
本综述总结了氮化硼及其复合材料的多样化制备路线,从球磨和溶剂热剥离到分级多孔框架,并考察了官能化方法,包括胺接枝、聚合物杂化和纳米粒子掺杂,以增强亲和力和选择性。研究了在不同操作条件下的吸附性能,包括 pH 值、温度、离子强度和竞争物种的影响,以及阐明单层吸附、化学吸附和离子交换途径的动力学、等温线和热力学模型。采用 XPS、FTIR、拉曼光谱、XRD 和 zeta 电位分析等机理研究揭示了表面络合、静电吸引、沉淀和氧化还原相互作用对于污染物去除的重要性。再生和可重复使用性测试进一步证明了基于氮化硼的吸附剂的实用可行性,尽管稳定性的变化突出了优化表面化学和脱附策略的必要性。 未来的展望强调将先进的计算建模、提高的选择性和大规模的技术经济验证相结合,作为实现工程应用的关键步骤。总体而言,这些发现证实,基于 BN 的吸附剂不仅具有高效率和耐久性,还为可持续和可扩展的水处理解决方案提供了途径。
04
原文链接
DOI: 10.1016/j.desal.2025.119633
注 :侵权请联系
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