转
自：环境工程与科学
1月21日
，南京大学潘丙才教授团队
在
Water Research
发表了题为
“Chemistry for Water Treatment under Nanoconfinement”
的综述论文，全面总结了纳米限域效应在水处理中的基本化学机制。
不断恶化的污染加剧了淡水匮乏，对人类健康和环境可持续性都构成了重大挑战。水质标准日益严格，再加上新污染物的出现，对现有水处理和分配系统的监管不断加强。近几十年来，大量研究探索了纳米材料在革新水处理技术方面的巨大潜力。然而，纳米材料从实验室研究成果到大规模应用的过渡受到了一些挑战的阻碍，包括与大规模制造、自发聚集、操作复杂性和潜在生态风险有关的问题。为了解决这些固有问题，同时保持纳米粒子的反应活性，一种很有前景的方法是将它们固定在宿主材料的纳米孔中。值得注意的是，将一个或多个维度的约束限制在纳米尺度--称为纳米限域--可以诱导独特的相行为，改变化学反应和物理过程的能量景观。 并显著提高水净化技术的效率。这些现象被称为 "纳米限域效应"，是纳米限域材料与块状材料的区别所在，可为水处理提供创新解决方案。
日益严重的污染加剧了全球淡水危机，对人类健康构成了重大威胁。要应对这一挑战，就必须采取创新战略，开发高效、工艺适应性强的水净化材料。在这方面，具有限域结构的纳米材料已成为一种前景广阔的解决方案，在效率、选择性、稳定性和工艺适应性方面优于传统纳米材料，从而成为设计可持续水处理新型功能材料的理想平台。本综述重点介绍纳米限域效应在各种水处理工艺中的最新进展和应用，强调纳米限域效应的基本化学原理。此外，还讨论了与纳米限域效应相关的现有知识差距以及在各种水处理方案中扩大其应用的未来前景。
未来展望
将纳米限域效应融入水处理中，提高了吸附、催化氧化和膜分离等现有技术的性能和功能。研究不断表明，纳米限域可以通过加快相关过程和反应的速率和选择性，显著提高水处理效率。本综述探讨了纳米强化在各种水处理工艺中的最新发展和应用。系统分析了纳米限域如何影响水分子、催化剂特性和分子相互作用的基本化学原理。然而，要开发出利用这些纳米限域效应的强大环保技术，仍面临着一些挑战。
1.进一步从本质上理解纳米限域效应：
目前在分子水平上解释孔隙大小、形状、尺寸、纳米颗粒大小、结晶度、负载量和电子特性等关键结构变量的影响面临着巨大的技术挑战。 水分子作为反应物和溶剂发挥着至关重要的作用，然而，文献中对限域水的独特特性--如介电常数、极性和氢键网络的变化--以及纳米限域对质量传输、离子溶解和表面化学的影响的探讨仍然不够。亟需开发专为纳米限域系统设计的原位表征工具。
2. 纳米限域效应水处理的未来方向：
-
具有均匀纳米结构的模型材料往往无法复制在实际纳米复合材料中观察到的限域效应，而实际纳米复合材料通常具有随机组织的纳米限域结构。非均匀纳米孔隙中的纳米限域这一未知领域提供了令人兴奋的机会，鼓励研究人员将在结构良好的沸石或碳纳米管中观察到的独特机制推广到其他支撑材料中
-
纳米限域系统中的单原子催化剂有可能将单原子催化剂的高效率与此类环境提供的稳定性结合起来，从而进一步提高纳米封闭系统的性能。
-
纳米限域材料制造的可扩展性也是一个重大挑战，特别是由于合成纳米限域材料的成本较高。
声明：本公众号仅用于分享前沿学术成果，无商业用途。如涉及侵权，请联系
公众号后台
删除！
