側(cè)鏈工程COF膜，有效去除水中痕量有機(jī)污染物
近年來，有機(jī)染料和新出現(xiàn)的痕量有機(jī)污染物（TrOCs）等有機(jī)污染物對天然水道和水生生態(tài)系統(tǒng)的影響日益嚴(yán)重，對人類健康和水生環(huán)境的健康造成了潛在威脅，這引起了人們的極大關(guān)注。特別值得關(guān)注的是TrOCs，這是一類目前缺乏相關(guān)環(huán)境管理政策或排放標(biāo)準(zhǔn)的污染物。這些污染物包括類固醇激素、植物雌激素、干擾內(nèi)分泌的化學(xué)品、藥物和個人護(hù)理產(chǎn)品、工業(yè)化學(xué)品、消毒副產(chǎn)品和殺蟲劑等。由于分子量小、毒性大、耐久性強(qiáng)，TrOCs 很難從水生環(huán)境中去除。膜技術(shù)為從水環(huán)境中去除這些污染物提供了一種前景廣闊的可持續(xù)方法。然而，大多數(shù)商用膜的孔徑大于大多數(shù)痕量有機(jī)污染物的分子尺寸，因此實(shí)現(xiàn)有效攔截具有挑戰(zhàn)性。
目前的COF膜在剔除水和有機(jī)溶劑中的污染物（如染料、藥物和水合離子）方面表現(xiàn)出卓越的能力。然而，COF 骨架由通常為 0.8 至 5 納米的構(gòu)建單元組成，其固有的孔徑給通過 COF 通道識別較小的 TrOC 帶來了挑戰(zhàn)。如圖 1a-c 所示，到目前為止，有三種方法可以提高 COF 通道對小分子的攔截能力。在第一種策略（圖 1a）中，研究人員嘗試構(gòu)建MOF/COF、COF/COF或一維纖維素納米纖維@COF 的雙層膜，這可以提高分離性能，因為在兩個不同層之間的界面上會發(fā)生相互作用。第二種策略（圖 1b）是將二維 COF 垂直放置在基底上，并利用 COF 較小的層間距（約 0.3-0.4 nm）進(jìn)行小分子轉(zhuǎn)移。然而，通過這兩種策略制備的膜主要用于氣體分離或滲透，而對水中有機(jī)污染物去除的研究很少。這可能是因為膜孔徑太小，導(dǎo)致膜對水的通量較低或幾乎沒有通量。第三種方法（圖 1c）涉及通過嚴(yán)格的自下而上合成或合成后處理在 COF 孔引入官能團(tuán)來縮小孔徑。雖然這被認(rèn)為是 COF 材料的主要優(yōu)勢之一，但實(shí)驗證明仍很少見。
在此，南京理工大學(xué)張根教授、蘇冠勇教授聯(lián)合蘭州大學(xué)王銳院士共同提出了一種側(cè)鏈工程策略，通過在孔面引入不同長度的烷基鏈來調(diào)控共價有機(jī)骨架膜從介孔到微孔的孔徑。烷基鏈添加的共價有機(jī)框架（COF）膜能有效攔截各種有機(jī)污染物，包括檸檬酸酯、硝基環(huán)芳烴、有機(jī)磷酸酯和小至 0.35 nm的農(nóng)藥，截留率超過 99%，相應(yīng)的通量高于 110 kg m-2 h-1 MPa-1。這項工作為有效去除水資源中不同類型的有機(jī)污染物提供了一條途徑，從而確保我們的供水安全和可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)成果以“Covalent organic framework membrane for efficient removal of emerging trace organic contaminants from water”為題發(fā)表在《Nature Water》上，第一作者為Tongtong Liu。
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