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纳米金属氧化物在化学战剂洗消方面的研究进展

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材料导报 2022年第11期36卷 67-76页

作者：郭玥婷雷美玲陈文明辛毅许文彩闵崎陈立坤吴遥孔令策左言军防化研究院国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

化学战剂(CWAs)(如芥子气(HD)、梭曼(GD)、沙林(GB)和维埃克斯(VX)等)是指用于战争、具有剧烈毒性、能大规模地毒害或杀伤人畜和植物的各种化学物质。其对人员的伤害不可估量,因此对具有快速、广谱消毒能力的洗消剂的研究是近年来研究... 详细信息

化学战剂(CWAs)(如芥子气(HD)、梭曼(GD)、沙林(GB)和维埃克斯(VX)等)是指用于战争、具有剧烈毒性、能大规模地毒害或杀伤人畜和植物的各种化学物质。其对人员的伤害不可估量,因此对具有快速、广谱消毒能力的洗消剂的研究是近年来研究的热点之一。纳米金属氧化物在化学毒剂、含磷农药、污水处理等方面表现出优异性能。纳米金属氧化物能够对化学战剂进行吸附和反应降解,尤其复合型纳米金属氧化物,其表面积更大,能够提供更多的活性位点,但存在易团聚、样品含水量对降解效果影响大等问题。本文针对纳米金属氧化物的制备方法对化学战剂及其模拟剂的消毒动力学、消毒能力、反应机理等方面进行了概述,提出消毒效果及机理方面的研究可能是解决广谱消毒问题的关键。开发和制备复合型纳米金属氧化物,以实现对三种毒剂的高效广谱消毒,将会是未来重要的研究方向之一。

关键词：纳米金属氧化物复合材料化学战剂洗消机理

化学战剂降解的双功能高效催化剂——双阴离子多金属氧簇

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物理化学学报 2017年第5期33卷 867-868页

作者：吴凯北京大学化学与分子工程学院北京100871

化学战剂是指在战争中用以杀伤对方有生力量、牵制和扰乱对方军事行动的有毒物质。从第一次世界大战到2013年的叙利亚化学武器袭击事件，化学战剂的使用给人民生命安全带来了巨大的威胁。

关键词：化学战剂高效催化剂多金属阴离子双功能第一次世界大战降解有毒物质

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化学战剂热催化分解研究进展

环境化学 2019年第4期38卷 950-956页

作者：高寒董艳春周术元防化研究院国民核生化灾害防护国家重点实验室北京100191

热催化分解技术可将染毒空气加热后通过催化床,毒剂分子在催化剂活性位上发生吸附、氧化、脱烷和水解等一系列物理化学反应,生成CO_2等小分子化合物,该技术是一种广谱高效的净化技术.文中综述了催化材料对典型化学战剂的热催化分解性能... 详细信息

热催化分解技术可将染毒空气加热后通过催化床,毒剂分子在催化剂活性位上发生吸附、氧化、脱烷和水解等一系列物理化学反应,生成CO_2等小分子化合物,该技术是一种广谱高效的净化技术.文中综述了催化材料对典型化学战剂的热催化分解性能.对于神经性毒剂沙林来说,活性炭、氧化钒和Pt催化剂有更好的催化活性,磷物种在催化剂上的逐渐累积是失活的主要原因;对于全身中毒性毒剂HCN和CNCl而言,水解反应对产物选择性的影响尤为重要;对糜烂性毒剂芥子气来说,催化剂的设计与反应机理的研究仍处在起步阶段;相比其他毒剂,窒息性毒剂光气更容易被催化分解,Pt催化剂对光气的热催化分解展现出较好的性能.本文将为设计合成高性能毒剂热催化分解材料提供一些参考.

关键词：环境工程化学战剂热催化分解氧化水解

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化学战剂洗消技术研究进展

中华灾害救援医学 2022年第2期10卷 94-97,120页

作者：王琪高俊宏刘进仁王鸿兵器工业卫生研究所陕西西安710065

化学战剂(Chemical Warfare Agents,CWAs)又称为化学毒剂,由于具有易合成、极强杀伤力、难降解以及毒性持久等特点,使其成为国际关注的焦点。不管是人员、装备亦或是自然环境,一旦接触到CWAs,必须第一时间进行洗护消毒处理。针对CWAs污... 详细信息

化学战剂(Chemical Warfare Agents,CWAs)又称为化学毒剂,由于具有易合成、极强杀伤力、难降解以及毒性持久等特点,使其成为国际关注的焦点。不管是人员、装备亦或是自然环境,一旦接触到CWAs,必须第一时间进行洗护消毒处理。针对CWAs污染事故的快速洗消具有重要意义,同时洗消技术也是医学救援的核心内容,成为各国防护化学危害研究的重点。本论文系统概述了CWAs的种类、危害性以及洗消CWAs的必要性,回顾了常规的CWAs洗消研究现状以及有应用意义的解决方案和技术,并探讨了新型洗消技术的可行性与发展前景,分析了其优势和不足。

关键词：化学战剂洗消技术神经毒剂降解

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化学战剂类危险品的拉曼光谱识别方法研究

光谱学与光谱分析 2020年第S1期40卷 161-162页

作者：南迪娜刘卫卫傅文翔孔景临国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205

快速准确地分析化学战剂类危险化学品在反化学恐怖等公共安全领域需求明显。拉曼光谱技术因具有快速、灵敏、仪器可小型化发展且能够非接触式检测等优点,成为近年来此领域的研究热点。但目前与化学战剂相关的拉曼光谱数据库还不完备,在... 详细信息

快速准确地分析化学战剂类危险化学品在反化学恐怖等公共安全领域需求明显。拉曼光谱技术因具有快速、灵敏、仪器可小型化发展且能够非接触式检测等优点,成为近年来此领域的研究热点。但目前与化学战剂相关的拉曼光谱数据库还不完备,在此基础上的光谱模型和识别算法有待深入研究。采用配备有785 nm激光器的便携式拉曼光谱仪,测得多种化学战剂模拟剂及化学战剂降解产物的拉曼谱图数据并建立数据库,再结合5种模式识别算法对其识别归类。支持向量机模型能够以100%的高识别准确率实现此类化学危险品的快速识别。

关键词：化学战剂拉曼光谱模式识别

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化学战剂侦检装备研究进展

职业卫生与应急救援 2022年第5期40卷 630-634页

作者：毛冠超岑金凤裴志鹏徐庆强孙铭学张欣康肖凯杨振中孟文琪海军军医大学海军医学系上海200433 中央军委后勤保障部禁止生物武器履约事务局北京100842

侦检是处置化学突发事件的重要环节,侦检装备是开展侦检的基础和前提。对目前常见的化学战剂侦检装备进行了比较系统的总结,包括离子迁移谱、火焰光度法、红外光谱技术、声表面波技术、电化学技术、比色技术、光致/火焰电离检测技术和... 详细信息

侦检是处置化学突发事件的重要环节,侦检装备是开展侦检的基础和前提。对目前常见的化学战剂侦检装备进行了比较系统的总结,包括离子迁移谱、火焰光度法、红外光谱技术、声表面波技术、电化学技术、比色技术、光致/火焰电离检测技术和荧光光谱技术等8类侦检装备,以期为合理选择和使用化学侦检装备提供参考,也为化学侦检装备的研发提供思路。

关键词：化学战剂侦检装备离子迁移谱火焰光度法红外光谱

MOF-808@PAN纳米纤维复合材料的制备及降解化学战剂性能研究

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MOF-808@PAN纳米纤维复合材料的制备及降解化学战剂性能研究

作者：杨军杰中原工学院

学位级别：硕士

化学战剂(CWAs)对人畜具有大规模杀伤性,同时对环境具有严重破坏能力。时至今日因化学战剂引发的公共安全事件仍时有发生,严重威胁人类的生命安全,因此开发高效便捷的防护材料仍迫在眉睫。随着材料科学的进步,化学战剂的防护和降解材料... 详细信息

化学战剂(CWAs)对人畜具有大规模杀伤性,同时对环境具有严重破坏能力。时至今日因化学战剂引发的公共安全事件仍时有发生,严重威胁人类的生命安全,因此开发高效便捷的防护材料仍迫在眉睫。随着材料科学的进步,化学战剂的防护和降解材料也不断更新。其中金属有机框架材料(MOFs)由于其可调节的结构和功能、明确的多孔结构、大比表面积和丰富的催化位点,使MOFs对CWAs具有很强的反应性,成为CWAs吸附和降解的最佳候选材料。但是粉状MOFs的实用性由于其颗粒易团聚、加工性差、不易回收等问题,受到很大的限制。一般将MOFs与基材结合复合使用。而如何高效稳定的将MOFs与基材结合,充分保留MOFs的降解活性,并提高复合材料的实用性,一直是化学战剂防护材料的研究热点。针对上述问题,本论文从提高实用价值、拓展应用的角度出发,通过静电纺丝技术,利用多巴胺材料改性PAN纳米纤维,制备高强度高性能纳米纤维负载金属有机框架复合材料,并研究了其降解化学战剂模拟剂的性能。具体研究成果如下:(1)使用两种体系(DMF-甲酸体系和TFA体系)制备MOF-808@PAN纳米纤维复合材料,通过对比两种样品的形貌、结构和性能,发现两种体系均可使PAN纳米纤维表面负载上MOF-808颗粒,但TFA体系对纤维膜的损伤大,制备的复合材料基本无机械强度。而DMF-甲酸体系制作的MOF-808@PAN纳米纤维复合材料具有更好的力学性能,但是该方法存在MOF-808与纤维材料结合不紧密、经超声清洗后易脱落的问题。(2)使用聚多巴胺对PAN纳米纤维膜进行表面改性,利用聚多巴胺的超强粘附性在纤维膜表面形成聚多巴胺包覆层,然后在PAN/PDA纳米纤维膜表面进行DMF-甲酸体系的MOF-808颗粒原位生长,制备MOF-808@PAN/PDA复合材料。该方法显著提高了MOF-808的负载牢度。对表面改性时间和MOFs原位生长时间等工艺的探讨,从形貌、力学性能、催化降解测试等表征结果来看,表面改性最佳时间为16 h,原位生长最佳时间为16 h。该参数下力学性能可达到:断裂强度19.3 MPa,断裂伸长率17.9%;BET比表面积为648 m/g;对于DMNP的降解率达到99.9%(8min)。但在MOF-808@PAN/PDA复合膜的制备过程中注意到一个重要问题:在溶剂热合成反应中,复合材料表面的聚多巴胺涂层易被强极性溶剂DMF破坏,导致大量洗脱,影响表面改性的效果,同时会造成反应溶液的污染,在工业化生产中可能影响混合溶液的二次使用。(3)为了避免溶剂热反应溶液中的DMF对纤维膜表面聚多巴胺层的破坏,将多巴胺提前加入聚合物PAN纺丝液中,通过静电纺丝制备PAN/DA纳米纤维膜,然后进行溶剂热合成反应实现纤维膜表面MOFs的原位生长,制备MOF-808@PAN/DA复合材料。该方法同样可以显著提高MOF-808的负载牢度。对多巴胺添加量和原位生长时间等工艺进行探索,从形貌、力学性能、催化降解测试等表征结果来看,多巴胺的最佳添加量为30%,原位生长最佳时间为16 h。该参数下力学性能可达到:断裂强度21.8 MPa,断裂伸长率37.8%;BET比表面积为1141 m/g;对于DMNP的降解率达到99.9%(8 min)。与聚多巴胺改性复合材料MOF-808@PAN/PDA相比,该方案材料的综合性能得到提升:其中力学指标得到提升,断裂伸长率提高111%;复合材料的比表面积提高76.1%;对化学战剂模拟剂DMNP的降解半衰期由56.8 s缩短为50.2 s。

关键词：化学战剂静电纺丝金属有机框架多巴胺催化降解

用于化学战剂捕获的MOF吸附剂高通量分子模拟研究

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用于化学战剂捕获的MOF吸附剂高通量分子模拟研究

作者：杨潇广州大学

学位级别：硕士

化学战剂(Chemical Warfare Agents,CWAs)是一种经常用于恐怖袭击和战争的剧毒化合物,自它出现以来不断对人类健康和生命安全造成伤害和威胁。因此,找寻合适的吸附材料去捕捉环境中的这些有毒气体具有十分重要的意义。我们的研究以金属... 详细信息

化学战剂(Chemical Warfare Agents,CWAs)是一种经常用于恐怖袭击和战争的剧毒化合物,自它出现以来不断对人类健康和生命安全造成伤害和威胁。因此,找寻合适的吸附材料去捕捉环境中的这些有毒气体具有十分重要的意义。我们的研究以金属-有机框架(Metal-organic Framework,MOF)作为吸附剂,使用高通量计算(High-throughput Computational Screening,HTCS)结合机器学习(Machine Learning,ML)对MOF应用于四种体系(空气中吸附分离芥子气(HD)、梭曼(Soman)以及模拟剂2-氯乙基乙基硫醚(2-CEES)、甲基膦酸二甲酯(DMMP))的性能进行研究。其中分子模拟方法采用巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo,GCMC),机器学习算法使用决策树(Decision Tree,DT)、随机森林(Random Forest,RF)以及极致梯度提升(e Xtreme Gradient Boosting,XGB)。本研究的MOFs材料来自实验已经合成的MOF(Computational-Ready Experimental MOF,Co RE-MOF)。在本工作里,我们先总结机器学习算法辅助高通量计算技术在MOFs材料多领域的研究应用。之后在此基础上,主要开展了一下两个方面的研究:1.去除空气中的化学战剂对于战场和毒气泄漏都尤为重要。首先,我们利用GCMC计算了6013种Co RE-MOF对低浓度化学战剂HD、Soman以及模拟剂2-CEES、DMMP在空气中的吸附分离性能。然后用机器学习算法决策树、随机森林、极致梯度提升预测了MOF的吸附选择性,极限梯度提升的预测效果最好,上述四种目标气体R值分别为0.90、0.88、0.90和0.88,并进一步应用机器学习定量分析MOF描述符的相对重要性,发现能量描述符亨利系数K、吸附热Q以及孔隙率ф是与毒剂的捕获性能呈强相关性。最后,分别成功筛选了20个(两种化学战剂与两种模拟剂,共80个)性能最好的MOF,研究发现能吸附多种CWAs的MOFs材料都具备四边形的孔道结构,且金属中心为Zn和有机链接1,3,5-均苯三甲酸的组合MOF对吸附四种CWAs有重要作用。这部分研究有助于推进高通量计算结合机器学习在MOFs吸附化学战剂领域的应用。2.在上一个工作的基础上,我们利用水的亨利系数的界限筛选出606种疏水的Co RE-MOF来避免湿环境可能导致MOF材料结构的坍塌以及对于四种毒剂去除的竞争吸附的影响。此工作结合了高通量计算筛选和机器学习的方法来研究疏水的金属有机框架对空气中微量四种毒剂(HD、2-CEES、Soman和DMMP)的捕获效果。首先,在高通量计算筛选之后,MOF的结构-性能(吸附量(N)和选择性(S)和综合两者权衡值(Trade-off between S and N,TSN))的关系被建立,对比之后发现结构描述符孔隙率和能量描述符K是与毒剂的捕获性能呈强相关性。接着,采用决策树、随机森林和梯度提升树三种机器学习算法来训练、学习和预测MOF的性能,显示TSN相比N和S,对于四种毒剂都具有良好的预测效果(平均R高于0.95),而且XGB模型适合MOF-毒剂体系的预测,用这一方法的大数据分析发现K相对重要性最高。最终,基于TSN筛选了10种性能最佳的MOF材料用于四种毒剂的吸附,研究表明具有开放金属位点的MOF材料同时具有四种毒剂的优异吸附性能。本文采用高通量计算筛选和机器学习的方法,从不同层面深入阐述了MOF与四种毒剂之间存在的规律,为高效筛选目标性能的MOF捕获空气中四种毒剂提供了新方向。

关键词：金属有机框架化学战剂分子模拟机器学习吸附

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化学战剂绿色洗消技术

化工进展 2012年第10期31卷 2313-2318页

作者：陈永铎闫克平浙江大学工业生态与环境研究所浙江杭州310028

从沙林(GB)以及芥子气(HD)两种具有代表性的化学战剂(CWAs)出发,综述两者及其模拟剂洗消技术的研究进展。文中指出现阶段的研究重心是绿色环保的洗消技术,主要包括担载型催化剂洗消技术以及等离子体洗消技术,目前前者需要解决的主要问... 详细信息

从沙林(GB)以及芥子气(HD)两种具有代表性的化学战剂(CWAs)出发,综述两者及其模拟剂洗消技术的研究进展。文中指出现阶段的研究重心是绿色环保的洗消技术,主要包括担载型催化剂洗消技术以及等离子体洗消技术,目前前者需要解决的主要问题是催化剂寿命短,后者的主要问题是能耗大。文中总结指出可以根据两者特点将其应用于不同洗消条件下且可将两种技术结合用于洗消化学战剂;此外还指出H2O2氧化洗消也是一种颇具前景的绿色洗消技术。

关键词：化学战剂等离子体催化洗消