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朱广山教授课题组在多孔芳香骨架基纤维材料的制备及其高效去除PPCPs领域取得重要进展

发布时间:2019-05-24 ? 访问人数:

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药物会通过排泄到尿液中或倾倒到厕所中最终进入供水系统。同样,人们常用的护肤品和化妆品等个人护理用品也会通过水槽或淋浴的排水口进入供水系统。不幸的是,传统的废水处理并不能完全去除这些物质。随着全球生活水平的提高,药物和个人护理用品(PPCPs)的使用也在增加。因此,这些物质不断地在地表水、地下水甚至鱼类和蔬菜的组织中被检测到。一些PPCPs是内分泌干扰物,或者有可能对人体健康或环境产生负面影响。PCCPs作为一种新兴的污染物已经引起了广泛的关注。吸附技术对于去除PPCPs 展现出一定的优势,虽然传统吸附剂(如活性炭、树脂材料等)去除水中PPCPs的研究已被报道,但是其吸附效率低且使用寿命短,开发新型PPCPs吸附剂依然是当前材料研究领域极富挑战的课题。多孔芳香骨架(Porous aromatic frameworks, PAFs)作为一类重要的多孔材料, 具有超高的比表面积、灵活的骨架可修饰性以及高热化学稳定性,因此最近研究者们将其应用于水中有机物的去除。但是PAFs材料通常是以粉末形式存在,使其在吸附过程中易团聚、不易回收且容易带来二次污染,限制了其实际应用潜力。

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1 PAF-45包覆的电纺PAN纤维的制备流程。

最近,东北师范大学朱广山教授课题组以柔性的静电纺聚丙烯腈(PAN)纤维为模板,通过芳香种子层聚苯胺的协助,将PAF-45牢固地包覆在电纺PAN纤维表面。利用孔隙率高、成膜性好的电纺聚合物纤维为载体负载PAFs,可以使PAFs材料与污染物更充分接触;此外,也可以提高PAFs材料的实际应用性,解决粉末状PAFs 在使用过程中易团聚、不易回收的问题。利用PAFs材料的功能改性来增加电纺聚合物纤维的比表面积以及有机亲和性,提升电纺聚合物纤维对于PPCPs的吸附能力。制备的复合纤维对三种典型的PPCPs布洛芬(IBPF)、氯二甲酚(CLXN)和避蚊胺(DEET)都展现了良好的吸附能力,并且能够有效去除水中低浓度的PPCPs。由于本工作中将粉末状的PAFs转换为实用性更强的纤维膜形态,吸附剂在吸附后可以被容易的回收,经过脱吸附之后吸附剂可以被循环使用。十次吸附-脱吸附循环之后,吸附剂对于三种PPCPs的吸附量只有略微的下降。研究者们还通过溶液pH值对吸附的影响、对比吸附实验以及XPSBET等表征对吸附机理进行分析探讨,结果表明,复合纤维的吸附能力都来自于包覆的PAF-45PAF-45是通过π?π作用、疏水作用以及孔捕获来去除PPCPs

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2 a)复合纤维的扫描电镜图片(插图为单根纤维的原子力显微镜照片)。(b~d)纤维吸附剂分别对IBPFCLXN DEET 的等温吸附曲线。

本工作提供了一种PPCPs吸附剂,为新型吸附剂的开发做出贡献。此外,本工作中PAF-45在电纺纤维表面包覆的研究可为PAFs在其他基底材料上的负载提供思路,促进PAFs材料的实际应用发展。相关工作已在线发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces,并被ACS News Service Weekly PressPac及多家媒体以“Soaking up pharmaceuticals and personal care products from water”为题进行报道。

本项目得到了国家自然科学基金(91622106215310032160103121802017),中央高校基本科研业务费(2412019QD005)的支持。

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11 (18), pp 16662–16673

DOI: 10.1021/acsami.9b04326

Publication Date (Web): April 22, 2019

Copyright © 2019 American Chemical Society