朱廣山教授課題組在多孔芳香骨架基纖維材料的制備及其高效去除PPCPs領域取得重要進展
藥物會通過排泄到尿液中或傾倒到廁所中最終進入供水系統(tǒng)。同樣，人們常用的護膚品和化妝品等個人護理用品也會通過水槽或淋浴的排水口進入供水系統(tǒng)。不幸的是，傳統(tǒng)的廢水處理并不能完全去除這些物質。隨著全球生活水平的提高，藥物和個人護理用品（PPCPs）的使用也在增加。因此，這些物質不斷地在地表水、地下水甚至魚類和蔬菜的組織中被檢測到。一些PPCPs是內分泌干擾物，或者有可能對人體健康或環(huán)境產生負面影響。PCCPs作為一種新興的污染物已經引起了廣泛的關注。吸附技術對于去除PPCPs 展現出一定的優(yōu)勢，雖然傳統(tǒng)吸附劑（如活性炭、樹脂材料等）去除水中PPCPs的研究已被報道，但是其吸附效率低且使用壽命短，開發(fā)新型PPCPs吸附劑依然是當前材料研究領域極富挑戰(zhàn)的課題。多孔芳香骨架（Porous aromatic frameworks, PAFs）作為一類重要的多孔材料, 具有超高的比表面積、靈活的骨架可修飾性以及高熱化學穩(wěn)定性，因此最近研究者們將其應用于水中有機物的去除。但是PAFs材料通常是以粉末形式存在，使其在吸附過程中易團聚、不易回收且容易帶來二次污染，限制了其實際應用潛力。
圖1 PAF-45包覆的電紡PAN纖維的制備流程。
最近，東北師范大學朱廣山教授課題組以柔性的靜電紡聚丙烯腈（PAN）纖維為模板，通過芳香種子層聚苯胺的協(xié)助，將PAF-45牢固地包覆在電紡PAN纖維表面。利用孔隙率高、成膜性好的電紡聚合物纖維為載體負載PAFs，可以使PAFs材料與污染物更充分接觸；此外，也可以提高PAFs材料的實際應用性，解決粉末狀PAFs 在使用過程中易團聚、不易回收的問題。利用PAFs材料的功能改性來增加電紡聚合物纖維的比表面積以及有機親和性，提升電紡聚合物纖維對于PPCPs的吸附能力。制備的復合纖維對三種典型的PPCPs布洛芬(IBPF)、氯二甲酚(CLXN)和避蚊胺(DEET)都展現了良好的吸附能力，并且能夠有效去除水中低濃度的PPCPs。由于本工作中將粉末狀的PAFs轉換為實用性更強的纖維膜形態(tài)，吸附劑在吸附后可以被容易的回收，經過脫吸附之后吸附劑可以被循環(huán)使用。十次吸附-脫吸附循環(huán)之后，吸附劑對于三種PPCPs的吸附量只有略微的下降。研究者們還通過溶液pH值對吸附的影響、對比吸附實驗以及XPS、BET等表征對吸附機理進行分析探討，結果表明，復合纖維的吸附能力都來自于包覆的PAF-45，PAF-45是通過π−π作用、疏水作用以及孔捕獲來去除PPCPs。
圖2 （a）復合纖維的掃描電鏡圖片（插圖為單根纖維的原子力顯微鏡照片）。（b~d）纖維吸附劑分別對IBPF、CLXN 及DEET 的等溫吸附曲線。
本工作提供了一種PPCPs吸附劑，為新型吸附劑的開發(fā)做出貢獻。此外，本工作中PAF-45在電紡纖維表面包覆的研究可為PAFs在其他基底材料上的負載提供思路，促進PAFs材料的實際應用發(fā)展。相關工作已在線發(fā)表于國際期刊ACS Applied Materials & Interfaces，并被ACS News Service Weekly PressPac及多家媒體以“Soaking up pharmaceuticals and personal care products from water”為題進行報道。
本項目得到了國家自然科學基金（91622106、21531003、21601031、21802017），中央高?；究蒲袠I(yè)務費（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
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