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新型纳米“海绵”可高效过滤水中的有机污染物

文章来源：贤集网更新时间：2022-08-04 16:33:27

用于工业废水处理的高效吸附剂对于最大程度地减少潜在的环境破坏非常重要。尤其是对有机染料而言，作为一类重要的工业污染物，通常具有高水溶性、不可降解性，并且许多具有致癌性。维也纳大学化学学院的李长霞和弗雷迪·克莱茨及其同事现在提出了一种设计创新复合材料的新方法，该复合材料由石墨烯上的纳米多孔超薄共价有机框架 (COF) 组成，可用于高效过滤水中的有机污染物。该研究发表在Angewandte Chemie上。

图片来源：Angewandte Chemie 国际版（2022 年）

“今天有几种方法，包括活性炭过滤器来净化水，但在应用的效率或吸附能力方面仍有改进的空间，”第一作者和博士后研究员李长霞说。

无机化学研究所功能材料研究所的 Freddy Kleitz 小组正在开发新型纳米多孔材料。对于相同体积，多孔材料比无孔材料具有大得多的总表面积，因此在吸附过程中可以在表面上积聚特别大量的分子。

共价有机框架（COF）是一类相对新颖的材料。它们特别多孔，同时密度低且重量轻。共价意味着它们的化学键是通过原子之间的电子对形成的。

研究人员在他们的水性模型溶液中研究的染料大小约为 0.8 至 1.6 纳米。“我们开发了一种使用水以相对环保的方式形成 COF 的新方法。因此，我们能够开发出小型‘海绵’，其设计的孔径和孔形状在纳米范围内，以及经过调整的负表面电荷，在将带正电的目标分子（即我们的染料）从水中拉出时非常有选择性，”研究人员说：“就像海绵吸收水一样，只有在我们的情况下，它才是污染物。”

在使用散装COF粉末时，由于外缘的孔隙堵塞，材料的内孔往往不再接触污染物，特别是对于大的污染物分子。研究人员开发的新型复合材料提供了一种完全可渗透的结构：为此，研究人员在薄层石墨烯纳米片上培养了 COF。石墨烯本身已经是一个 2D 碳原子层和高达 2 纳米厚的 COF 层的组合，形成了一个紧凑、开放的 3D 结构。超薄 COF 层可以比散装 COF 粉末暴露更多的吸附位点。

另一方面，石墨烯网络中较大的蜂窝状孔隙支持水通过过滤材料的传输。

石墨烯网络的大孔与具有大量吸附位点的超薄 COF 层相结合，因此能够实现特别快速和高效的废水处理。由于石墨烯的材料投入相对较低，并且可以在污染物被洗掉后重新使用复合材料作为过滤器，因此开发也相对具有成本效益。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_514121.html
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