化学进展

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2016年5月第28卷第5期目次

化学进展. 2016, 28(5): 0-0.

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. 2016年5月第28卷第5期目次[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 0-0.

综述与评论

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光热显微术:基于光吸收的单分子成像技术

袁婷联, 蒋莹琰, 王伟

化学进展. 2016, 28(5): 607-616. https://doi.org/10.7536/PC160111

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袁婷联, 蒋莹琰, 王伟. 光热显微术:基于光吸收的单分子成像技术[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 607-616.

Yuan Tinglian, Jiang Yingyan, Wang Wei. Photothermal Microscopy: An Absorption-Based Single Molecule Imaging Technology[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 607-616.

光热显微术是近年来获得广泛关注和长足发展的一种新型光学显微成像技术,能够实现单个纳米粒子甚至单分子的免标记光学成像。其成像原理是利用先进的光学方法探测单分子或单纳米粒子吸收特定波长激发光后所产生的局域温度和介质折射率的微小变化,从而定量研究观测对象的光热特性。由于无辐射弛豫是激发态分子回到基态的优势过程,分子的光热特性相比于荧光特性更具有普遍意义。凭借无需标记、高灵敏度和信号稳定等优点,近十年来,关于单分子和单纳米粒子的光热显微成像研究不断取得突破,并在纳米科学和生命科学等领域获得越来越多的发展和应用,展现出了蓬勃的生命力和良好的发展前景。本文重点综述了光热显微技术的成像原理、发展历程、技术特色以及系统优化方法,列举了光热成像在活细胞研究和生物学领域的应用,最后总结了光热成像的优缺点并分析其主要面临的挑战以及未来的发展趋势,希望吸引更多的研究人员加入到这一新技术的研究队伍中来。
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上转换荧光纳米材料的水溶性修饰

王亚立, 李贞, 刘志洪

化学进展. 2016, 28(5): 617-627. https://doi.org/10.7536/PC151207

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王亚立, 李贞, 刘志洪. 上转换荧光纳米材料的水溶性修饰[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 617-627.

Wang Yali, Li Zhen, Liu Zhihong. Water Solubilization of Upconversion Nanoparticles[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 617-627.

近红外激发/可见或近红外发射的上转换荧光纳米材料在近十年得到了迅速的发展,其在生物领域如生物检测、荧光成像、光动力治疗和药物运输等方面有着广泛的应用。目前利用油酸、油胺等作为表面活性剂,采用高温热分解法、高温共沉淀法、溶剂热法等都能合成粒径均一、发光较强、在环己烷等非极性溶剂中分散性很好的上转换荧光纳米颗粒,但此类方法合成的纳米粒子表面包覆了一层憎水的油酸或油胺分子,需要进行表面修饰,使其在水相分散后才能进行后续的生物应用。现阶段憎水相转亲水相的修饰方法主要有配体交换、配体氧化、两亲配体包覆、二氧化硅包覆等,本文将对这些表面修饰的方法逐一进行介绍并对比其优缺点。
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DNA水凝胶的制备及生物应用

宋萍, 叶德楷, 宋世平, 王丽华, 左小磊

化学进展. 2016, 28(5): 628-636. https://doi.org/10.7536/PC160141

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宋萍, 叶德楷, 宋世平, 王丽华, 左小磊. DNA水凝胶的制备及生物应用[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 628-636.

Song Ping, Ye Dekai, Song Shiping, Wang Lihua, Zuo Xiaolei. Preparation and Biological Applications of DNA Hydrogel[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 628-636.

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。
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上/下转换材料在染料敏化太阳电池中的应用进展

姜玲, 阙亚萍, 丁勇, 胡林华, 张昌能, 戴松元

化学进展. 2016, 28(5): 637-646. https://doi.org/10.7536/PC151136

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姜玲, 阙亚萍, 丁勇, 胡林华, 张昌能, 戴松元. 上/下转换材料在染料敏化太阳电池中的应用进展[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 637-646.

Jiang Ling, Que Yaping, Ding Yong, Hu Linhua, Zhang Changneng, Dai Songyuan. Applications of the Up and Down Conversion in Dye Sensitized Solar Cells[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 637-646.

上/下转换技术能将红外光和紫外光能量转换成与工作电池匹配的光谱范围内能量,解决了由于光谱不匹配造成的能量损失,实现拓宽电池的吸收光谱,提高电池的光利用率和转换效率,降低紫外光对电池稳定性的影响。稀土离子由于特殊的能级结构且发光效率高,常作为上/下转换发光材料的中心离子。近年来上转换发光中心主要集中在Er³⁺,Tm³⁺等三价离子,敏化中心则为具有特殊能级结构和较长激发态寿命的Yb³⁺离子。Tb³⁺,Eu³⁺,Sm³⁺等离子由于在紫外光区具有电荷迁移吸收带,易被高能紫外光子激发,量子效率接近100%且发射谱线主要位于可见光区,常被用作下转换发光中心。发光基质多选择声子能量低、透光范围广、易于掺杂的氟化物,并通过水热法制备出结晶度高、粒径小且分布均匀的粉体材料。目前,上/下转换技术应用于DSC的研究越来越受到人们的重视,本文将对上转换和下转换技术在DSC中的应用进行详细阐述,主要介绍上/下转换技术的发展背景,在太阳电池中的应用和方法,详细综述近几年来各类上转换和下转换材料在太阳电池中应用的研究进展,最后对其未来的发展方向进行了展望。
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石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用

高玉荣, 黄培, 孙佩佩, 吴敏, 黄勇

化学进展. 2016, 28(5): 647-656. https://doi.org/10.7536/PC151110

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高玉荣, 黄培, 孙佩佩, 吴敏, 黄勇. 石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 647-656.

Gao Yurong, Huang Pei, Sun Peipei, Wu Min, Huang Yong. Preparation and Application of Graphene/Cellulose Composites[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 647-656.

近年来,石墨烯/纤维素复合材料引起了研究者的广泛关注。该材料在透明导电柔性薄膜、电容器、载药、紫外线防护、传感器、吸附等领域有重要的应用价值。本文在收集、归类研究国内外研究者在石墨烯/纤维素复合材料制备方法、性能以及应用工作的基础上,对石墨烯和纤维素复合材料的混合技术、制备方法及应用进行了综述。
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静电纺丝法制备新型吸附分离材料

孟德芃, 吴俊涛

化学进展. 2016, 28(5): 657-664. https://doi.org/10.7536/PC151106

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孟德芃, 吴俊涛. 静电纺丝法制备新型吸附分离材料[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 657-664.

Meng Depeng, Wu Juntao. Adsorption and Separation Materials Produced by Electrospinning[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 657-664.

随着现代经济、工业的发展,许多环境问题出现在了人类面前,对于新型吸附分离材料的需求也变得十分迫切。静电纺丝法是一种简单有效制备连续纳米长丝的技术,有着十分广阔的应用前景。由于静电纺丝法制备的纤维膜具有较大的比表面积、易于调控的微观结构及化学性质,静电纺丝法能够用于制备新型的吸附分离材料。本文对电纺纤维膜的制备与改性,以及电纺纤维膜在空气过滤、油水分离、重金属离子去除等领域的应用进行了介绍,同时对其未来的发展进行了展望。
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端羟基聚丁二烯液体橡胶的合成、化学改性及应用

郑娜, 介素云, 李伯耿

化学进展. 2016, 28(5): 665-672. https://doi.org/10.7536/PC151023

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郑娜, 介素云, 李伯耿. 端羟基聚丁二烯液体橡胶的合成、化学改性及应用[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 665-672.

Zheng Na, Jie Suyun, Li Bogeng. Synthesis, Chemical Modifications and Applications of Hydroxyl-Terminated Polybutadiene[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 665-672.

端羟基聚丁二烯(HTPB)是一种低分子量的遥爪液体橡胶,因具有玻璃化温度低、透明度好、黏度低、不易挥发、耐油耐老化、低温和加工性能好等优点,在军事和民用领域均具有广泛的应用。HTPB的性能主要受其主链微观结构的影响,不同的制备方法得到不同链结构的HTPB,其性能也有较大的差别。另外,通过对HTPB主链中的双键或末端羟基进行化学修饰可将其转变为不同分子结构或不同官能团的遥爪聚合物,赋予改性后的HTPB不同性能,并拓宽其应用领域。本文主要概述端羟基聚丁二烯的合成方法、化学改性和应用。
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低分子量含氟聚合物的制备、官能化及特性

李东翰, 齐士成, 张孝阿, 廖明义

化学进展. 2016, 28(5): 673-685. https://doi.org/10.7536/PC151208

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李东翰, 齐士成, 张孝阿, 廖明义. 低分子量含氟聚合物的制备、官能化及特性[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 673-685.

Li Donghan, Qi Shicheng, Zhang Xiaoa, Liao Mingyi. Preparation, Functionalization and Properties of Low Molecular Fluoropolymers[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 673-685.

低分子量含氟聚合物是重要的新型功能材料,在国防工业中占有特殊地位。同时,作为高科技战略物资,近年来逐渐成为研究热点。本文对低分子量含氟聚合物的制备方法、官能化及特性进行了综述,重点介绍了低分子量含氟聚合物的制备和官能化方法的研究进展,并总结和详细介绍了低分子量含氟聚合物的特性,最后对该领域的前景和发展方向进行了展望。
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多级孔磷酸铝分子筛的合成、表征及催化应用

赵新红, 高向平, 郝志鑫, 张晓晓

化学进展. 2016, 28(5): 686-696. https://doi.org/10.7536/PC151141

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赵新红, 高向平, 郝志鑫, 张晓晓. 多级孔磷酸铝分子筛的合成、表征及催化应用[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 686-696.

Zhao Xinhong, Gao Xiangping, Hao Zhixin, Zhang Xiaoxiao. Synthesis, Characterization and Catalytic Applications of Hierarchically Porous Aluminophosphate Molecular Sieves[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 686-696.

同时含有微孔和介孔的多级孔磷酸铝分子筛由于能减少微孔磷酸铝分子筛在涉及大分子的催化反应中的扩散限制,近年来逐渐成为人们的研究热点。本文主要阐述了多级孔磷酸铝分子筛的合成、表征和催化应用方面的最新进展。根据多级孔的生成机制,将多级孔磷酸铝分子筛的合成方法分成了四类,即硬模板法、软模板法、无模板法和后处理法,并对这些方法的优缺点进行了系统的比较。以磷酸硅铝分子筛为例,评述了各种表征多级孔分子筛的酸性和孔结构的方法。最后,对多级孔磷酸硅铝分子筛在三类重要的催化反应(即烷基化反应、异构化反应和甲醇制烯烃)中的研究进展进行了综述。
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微悬臂生物传感器

戴莹萍, 嵇正平, 王赪胤, 胡效亚, 汪国秀

化学进展. 2016, 28(5): 697-710. https://doi.org/10.7536/PC151118

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戴莹萍, 嵇正平, 王赪胤, 胡效亚, 汪国秀. 微悬臂生物传感器[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 697-710.

Dai Yingping, Ji Zhengping, Wang Chengyin, Hu Xiaoya, Wang Guoxiu. Microcantilever Biosensors[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 697-710.

微悬臂生物传感器是基于原子力显微镜和生物传感器发展而来,具有无需标记、快速、实时、灵敏度高等优点,已广泛运用于生物医学、环境监测、医药、食品及军事等多个领域。微悬臂生物传感器已成为当前研究热点。本文对近年来微悬臂生物传感器的研究工作进行了综述,总结了微悬臂传感器中微悬臂梁的结构、工作模式、激励方法和检测方法。国内有关微悬臂传感器的综述多是着重于介绍微悬臂传感器的应用进展,而缺少对微悬臂传感器的检测方法或读出方式做全面而系统的介绍,本文不仅全面且系统地对微悬臂传感器的8种检测方法进行了详细的介绍和分析,还介绍了微悬臂梁的多种典型尺寸、外观和微悬臂传感器工作模式中的"热模式"。针对微悬臂传感器实现特定检测及提高灵敏度的目的,本文总结了微悬臂传感器的表面修饰方法,不仅介绍了国内外微悬臂生物传感器最新的应用动态,还介绍了一种具有自驱动自传感功能的新型微悬臂传感器,并对微悬臂生物传感器的应用前景作了探讨。
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基于静电纺丝技术的取向纳米纤维

蒋敏, 王敏, 魏仕勇, 陈志宝, 木士春

化学进展. 2016, 28(5): 711-726. https://doi.org/10.7536/PC151038

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蒋敏, 王敏, 魏仕勇, 陈志宝, 木士春. 基于静电纺丝技术的取向纳米纤维[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 711-726.

Jiang Min, Wang Min, Wei Shiyong, Chen Zhibao, Mu Shichun. Aligned Nanofibers Based on Electrospinning Technology[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 711-726.

纳米纤维作为一维纳米材料的一个重要分支,有着广泛的应用前景。静电纺丝技术是一种制备一维纳米纤维的有效方法。然而,传统制备工艺制得的纳米纤维常为无序排列的结构,极大限制了其应用。近十几年来,通过对喷丝装置、纤维分化区及接收装置的改进获得了取向纳米纤维(aligned nanofibers, ANFs),引发了研究者的广泛关注,但对于取向纳米纤维的制备与应用未见系统性的论述。本文系统总结了采用静电纺丝技术制备取向纳米纤维的方法,并评述了这种取向结构在生物组织工程修复、传感器、增强材料及能源等领域中的应用。鉴于ANFs在生物组织工程中得到广泛的关注,本文对其进行了着重介绍。而在能源领域,本文主要阐述在质子交换膜燃料电池方面的应用。最后,本文总结了ANFs存在的问题,并展望了其未来的发展。
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季铵盐类化合物环境问题研究进展

向垒, 孙腾飞, 莫测辉, 李彦文, 蔡全英, 李慧

化学进展. 2016, 28(5): 727-736. https://doi.org/10.7536/PC151129

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向垒, 孙腾飞, 莫测辉, 李彦文, 蔡全英, 李慧. 季铵盐类化合物环境问题研究进展[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 727-736.

Xiang Lei, Sun Teng-Fei, Mo Ce-Hui, Li Yan-Wen, Cai Quan-Ying, Li Hui. Related Environmental Problems and Research Progresses of Quaternary Ammonium Compounds (QACs)[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 727-736.

季铵盐类化合物(quaternary ammonium compounds, QACs)是一类广泛使用的阳离子表面活性剂,在环境介质(水、沉积物、污泥等)中普遍存在,尤其在污泥/沉积物中其浓度可达数百甚至上千mg/kg水平。QACs具有高表面活性和中/高毒性,低浓度下即对鱼类、藻类、细菌和无脊椎动物等产生毒害作用,并显著影响与其共存污染物的迁移性和生物有效性,其环境问题已经引起发达国家广泛关注,但在我国研究尚未成熟。因此,本文综述了QACs在环境介质中的来源、分析方法、污染现状、环境行为及毒性效应,并讨论了目前研究存在的问题,以期为我国开展QACs环境问题的研究提供参考。
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石墨烯用于金属腐蚀防护的研究

顾林, 丁纪恒, 余海斌

化学进展. 2016, 28(5): 737-743. https://doi.org/10.7536/PC151109

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顾林, 丁纪恒, 余海斌. 石墨烯用于金属腐蚀防护的研究[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 737-743.

Gu Lin, Ding Jiheng, Yu Haibin. Research in Graphene-Based Anticorrosion Coatings[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 737-743.

单层无缺陷石墨烯具有优异的屏蔽性能,能阻隔氧气、水分子等腐蚀因子到达金属基体表面,被认为是已知最薄的腐蚀防护涂层。基于石墨烯在金属腐蚀防护领域巨大的应用潜力,本文从石墨烯薄膜防护涂层、石墨烯/有机防护涂层以及石墨烯-导电高分子/有机防护涂层等方面进行系统总结,重点围绕石墨烯薄膜存在的问题以及石墨烯在有机涂层中均匀分散等进行详细分析和介绍,同时对石墨烯基防腐涂料的未来发展进行了展望。
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手性PPCPs环境行为与效应的对映体选择性

尹立娜, 王斌, 马瑞雪, 袁宏林, 余刚

化学进展. 2016, 28(5): 744-753. https://doi.org/10.7536/PC151101

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尹立娜, 王斌, 马瑞雪, 袁宏林, 余刚. 手性PPCPs环境行为与效应的对映体选择性[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 744-753.

Yin Lina, Wang Bin, Ma Ruixue, Yuan Honglin, Yu Gang. Enantioselective Environmental Behavior and Effect of Chiral PPCPs[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 744-753.

新型环境有机污染物——药物和个人护理品(PPCPs)中大部分是手性物质,以外消旋体形式或单一对映体形式使用,经过一系列生物转化过程对映体组分会发生改变。复杂环境介质中手性PPCPs分离分析难度大从而限制了相关研究,手性PPCPs生物降解的立体选择性和毒理效应的立体选择性使潜在的环境行为和风险更加复杂。欧美、日本等发达国家已逐渐关注环境中手性PPCPs的立体选择性,并开展了一系列手性药物环境行为和效应的对映体选择性研究。相比之下,我国环境中手性PPCPs研究尚欠缺,亟待开展广泛深入的研究。本文综述了PPCPs的手性特征、分析方法、手性PPCP环境行为和效应选择性,分析了对映体选择性特征在污染源解析中的潜在应用,讨论了目前手性PPCPs环境行为和效应研究的局限性,并展望了研究趋势。
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基于零价铝的氧化/还原技术在水处理中的应用

杨世迎, 郑迪, 常书雅, 石超

化学进展. 2016, 28(5): 754-762. https://doi.org/10.7536/PC151047

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杨世迎, 郑迪, 常书雅, 石超. 基于零价铝的氧化/还原技术在水处理中的应用[J]. 化学进展, 2016, 28(5): 754-762.

Yang Shiying, Zheng Di, Chang Shuya, Shi Chao. Zero Valent Aluminum Based Oxidation/Reduction Technology Applied in Water Treatment[J]. Progress in Chemistry, 2016, 28(5): 754-762.

利用零价金属(ZVMs)处理环境污染物一直是环境治理领域的研究热点,其中以零价铁(ZVI)的研究最为广泛。近年来,零价铝(ZVAl)因其具有比ZVI更低的氧化还原电位(E⁰(Al³⁺/Al⁰)=-1.662 V, E⁰(Fe²⁺/Fe⁰)=-0.44 V)及其两性性质(反应pH可以拓展到碱性)而开始受到关注。目前环境领域关于ZVAl的研究主要集中于两类:以零价铝/氧/酸(ZVAl/O₂/H⁺)体系为核心的氧化体系和以零价铝/无氧(ZVAl/anaerobic)体系为核心的还原体系,其中前者因原位产生过氧化氢构成类Fenton氧化体系而备受关注。研究已发现,基于ZVAl的氧化/还原技术可有效去除酚类、偶氮染料、有机卤化物等有机污染物和Cr(Ⅵ)、As(Ⅲ)等无机污染物,且超声、微波、外加多金属氧酸盐(POM)、Fe²⁺等辅助手段对该技术有一定辅助效果。本文分别就基于ZVAl的氧化体系和还原体系,对其反应机理及去除水中污染物的国内外最新研究进展进行了综述和展望,以期促进ZVAl水处理技术的发展。铝作为地壳中最丰富的金属元素,ZVAl不存在像ZVI高pH值时产生沉淀的问题,相信随着ZVAl表面氧化膜这一制约因素的逐渐解决,其在水处理领域将有更广泛的应用。

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