地球科学进展

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (5): 462 -471. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.117

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二硫化钼在水环境修复中的应用前景分析
曾辉 1 , 2( ), 周启星 1 , 2( )   
  1. 1.南开大学环境科学与工程学院，天津 300350
    2.环境污染过程与基准教育部 重点实验室，天津 300350
  • 收稿日期:2021-11-01 修回日期:2022-01-10 出版日期:2022-05-10
  • 通讯作者: 周启星 E-mail:zengh921@126.com;zhouqx@nankai.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目“石油污染土壤修复技术集成与装备体系研究”(2019YFC1804104);国家自然科学基金—山东联合基金项目“黄河三角洲石油污染土壤生态修复 BES 强化机制研究”(U1906222)

Analyzing the Applicability of Molybdenum Disulfide in Water-Environment Remediation

Hui ZENG 1 , 2( ), Qixing ZHOU 1 , 2( )   

  1. 1.College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300350，China
    2.Ministry of Education Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria，Tianjin 300350，China
  • Received:2021-11-01 Revised:2022-01-10 Online:2022-05-10 Published:2022-05-31
  • Contact: Qixing ZHOU E-mail:zengh921@126.com;zhouqx@nankai.edu.cn
  • About author:ZENG Hui (1994-), male, Deyang City, Sichuan Province, Ph.D student. Research areas include water pollution remediation and environmental geochemistry. E-mail: zengh921@126.com
  • Supported by:
    the National Key Research and Development Program “Research on integrated technology and equipment system of petroleum contaminated soil remediation”(2019YFC1804104);The National Natural Science Foundation of China-Shandong Joint Fund “Research on BES strengthening mechanism for ecological restoration of oil-contaminated soil in the Yellow River Delta”(U1906222)
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随着纳米技术的发展，各类新型功能纳米材料在水环境修复领域发挥了重要作用。二硫化钼作为研究最多的二维过渡金属硫化物纳米材料，其独特的结构和优异的物理化学性能使其在水环境修复领域应用前景广泛。二硫化钼和二硫化钼基纳米复合材料具有比表面积大、活性位点多以及光催化活性强等特点，可通过吸附、氧化还原作用以及光催化降解有效去除水环境中的重金属离子及有机污染物（油类、有机染料以及抗生素等）。总结了二硫化钼的形貌、表面修饰、相位及表面缺陷等对水环境污染物去除性能的影响。阐述了二硫化钼、二硫化钼基二元以及三元纳米复合材料的制备方法以及结构特征，并分析了相应的吸附、催化、氧化还原机理及其主要的影响因素和机制，介绍了其在水环境重金属及有机污染物修复中的应用。此外，总结了二硫化钼及其纳米复合材料的环境风险及潜在的回收利用方法。最后，对二硫化钼及二硫化钼纳米复合材料的研究方向和应用前景进行了展望，为今后二硫化钼在水环境修复中的进一步研究奠定了理论基础。

关键词: 二硫化钼, 水环境修复, 重金属, 有机污染物, 纳米复合材料

Because of the development of nanotechnology in recent years， various novel functional nanomaterials have been used in the remediation of water pollution. As the most studied two-dimensional transition metal dichalcogenide nanomaterial， molybdenum disulfide （MoS2） has unique structures and excellent physicochemical properties， leading to promising environmental capabilities in the field of water-environment remediation. MoS2 and MoS2-based nanocomposites are characterized by a large specific surface area， multiple active sites and strong photocatalytic activity， which can effectively remove heavy metal ions （e.g.， Co2+， Cd2+， Cu2+， Pb2+， Hg+， and Cr3+） and organic pollutants （e.g.， oils， organic dyes， and antibiotics） in a water environment through adsorption， redox and photocatalytic degradation. They have become a hot topic in water pollution remediation research. In this review， the effects of morphology， surface modification， phase， and surface defects of MoS2 on the removal performance of water pollutants are described. In addition， various synthesis methods and structural characteristics of MoS2 and MoS2-based binary and ternary nanocomposites are summarized. The adsorption， catalytic， and redox mechanisms of MoS2 and MoS2-based nanocomposites for the removal of heavy metals and organic pollutants， as well as the main influencing factors and mechanisms， are discussed. In addition， the environmental risk assessment of MoS2 and its oxidation products and the methods for recycling MoS2 and its nanocomposites are reviewed. Finally， the research direction and application potential of MoS2 and MoS2-based nanocomposites are discussed， which lays a theoretical foundation for the further study of MoS2 in water-environment remediation. Further research should focus on a more facile and low-cost method for the synthesis of MoS2 nanocomposites with good stability， high-efficiency performance and good environmental sustainability. Meanwhile， the long-term environmental transformations， as well as the impact of MoS2 and MoS2-based nanocomposites on the ecological system and human health， must be thoroughly investigated before large-scale industrial applications in water-environment remediation.

Key words: Molybdenum disulfide, Water environmental remediation, Heavy metals, Organic pollutant, Nanocomposite.

中图分类号: 

图1 MoS2 去除金属离子［ 4 ］
Fig. 1 Metal ions removed by MoS2［ 4 ］
图2 MoS2 通过还原作用去除Ag离子［ 7 ］
Fig. 2 Ag ions removed by MoS2 through reduction［ 7 ］
图3 MoS2/C3N4 纳米复合材料对双酚A的去除机理［ 30 ］
Fig. 3 Removal mechanisms of bisphenol A by MoS2/C3N4 nanocomposite［ 30 ］
图4 MoS2/生物炭复合材料对抗生素的去除机理［ 31 ］
Fig. 4 Removal mechanisms of antibiotics by MoS2/biochar nanocomposite［ 31 ］
图5 GO/C3N4/MoS2 复合纳米材料对染料的光降解机制和Cr（Ⅵ）的光还原机制［ 52 ］
Fig. 5 The mechanisms of Photodegradation of dyes and reduction of Cr（Ⅵ） by GO/C3N4/MoS2 nanocomposite［ 52 ］
表1 MoS2 及 MoS2 基纳米复合材料对污染物的去除效率
Table 1 Removal efficiency of MoS 2 and MoS 2-based nanocomposites on pollutants
去除对象 材料 形貌 作用机理 去除效率 参考文献
Co2+ MoS2 花状 吸附 80 mg/g ［ 6 ］
Cd2+ MoS2/SH-MWCNT — 吸附 66.6 mg/g ［ 29 ］
Hg2+ MoS2 — 吸附 2 506 mg/g ［ 9 ］
Au/Fe3O4/MoS2 3D水凝胶 吸附 1 527 mg/g ［ 56 ］
Fe3O4/MoS2 花状磁性 吸附 428.9 mg/g ［ 39 ］
Pd2+ MoS2 棒状 吸附 303.04 mg/g ［ 10 ］
1T-MoS2 富缺陷 吸附 902 mg/g ［ 24 ］
Fe3O4/MoS2 花状磁性 吸附 263.6 mg/g ［ 39 ］
Cu2+ 1T-MoS2 — 吸附 82.13 mg/g ［ 22 ］
Cr6+ MoS2 聚苯胺修饰花状 吸附 623.2 mg/g ［ 18 ］
MoS2/rGO — 还原、吸附 268.82 mg/g ［ 27 ］
Ag-MoS2 — 还原 100% ［ 8 ］
甲基蓝 MoS2/GO 水凝胶 光催化降解 99% ［ 25 ］
MoS2/CuS — 吸附 100% ［ 49 ］
甲基橙 MoS2 三聚氰胺甲醛海绵 光催化降解 98% ［ 20 ］
MoS2/SrTiO3 — 光催化降解 99.81% ［ 45 ］
罗丹明B MoS2 球形花状 吸附 216 mg/g ［ 11 ］
MoS2/WO3 — 吸附 268.42 mg/g ［ 44 ］
刚果红 MoS2 球形花状 吸附 146 mg/g ［ 11 ］
多西环素 MoS2 — 吸附 556 mg/g ［ 13 ］
盐酸四环素 MoS2/生物炭 — 吸附 249.45 mg/g ［ 31 ］
双氯芬酸 N，S掺杂MoS2/TiO2 — 光催化降解 98% ［ 35 ］
环丙沙星 MoS2 棒状 光催化降解 79.8% ［ 10 ］
四环素 MoS2 — 吸附 325 mg/g ［ 14 ］
MoS2/Ag/C3N4 — 光催化降解 98.9% ［ 56 ］
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