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新型納米“海綿”可高效過濾水中的有機污染物

文章來源：賢集網更新時間：2022-08-04 16:33:27

用于工業廢水處理的高效吸附劑對于最大程度地減少潛在的環境破壞非常重要。尤其是對有機染料而言，作為一類重要的工業污染物，通常具有高水溶性、不可降解性，并且許多具有致癌性。維也納大學化學學院的李長霞和弗雷迪·克萊茨及其同事現在提出了一種設計創新復合材料的新方法，該復合材料由石墨烯上的納米多孔超薄共價有機框架 (COF) 組成，可用于高效過濾水中的有機污染物。該研究發表在Angewandte Chemie上。

圖片來源：Angewandte Chemie 國際版（2022 年）

“今天有幾種方法，包括活性炭過濾器來凈化水，但在應用的效率或吸附能力方面仍有改進的空間，”第一作者和博士后研究員李長霞說。

無機化學研究所功能材料研究所的 Freddy Kleitz 小組正在開發新型納米多孔材料。對于相同體積，多孔材料比無孔材料具有大得多的總表面積，因此在吸附過程中可以在表面上積聚特別大量的分子。

共價有機框架（COF）是一類相對新穎的材料。它們特別多孔，同時密度低且重量輕。共價意味著它們的化學鍵是通過原子之間的電子對形成的。

研究人員在他們的水性模型溶液中研究的染料大小約為 0.8 至 1.6 納米。“我們開發了一種使用水以相對環保的方式形成 COF 的新方法。因此，我們能夠開發出小型‘海綿’，其設計的孔徑和孔形狀在納米范圍內，以及經過調整的負表面電荷，在將帶正電的目標分子（即我們的染料）從水中拉出時非常有選擇性，”研究人員說：“就像海綿吸收水一樣，只有在我們的情況下，它才是污染物。”

在使用散裝COF粉末時，由于外緣的孔隙堵塞，材料的內孔往往不再接觸污染物，特別是對于大的污染物分子。研究人員開發的新型復合材料提供了一種完全可滲透的結構：為此，研究人員在薄層石墨烯納米片上培養了 COF。石墨烯本身已經是一個 2D 碳原子層和高達 2 納米厚的 COF 層的組合，形成了一個緊湊、開放的 3D 結構。超薄 COF 層可以比散裝 COF 粉末暴露更多的吸附位點。

另一方面，石墨烯網絡中較大的蜂窩狀孔隙支持水通過過濾材料的傳輸。

石墨烯網絡的大孔與具有大量吸附位點的超薄 COF 層相結合，因此能夠實現特別快速和高效的廢水處理。由于石墨烯的材料投入相對較低，并且可以在污染物被洗掉后重新使用復合材料作為過濾器，因此開發也相對具有成本效益。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_514121.html
來源：賢集網
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