作者：2018級(jí)本科生 邵海培 環(huán)境學(xué)院
指導(dǎo)老師：鄧述波教授 環(huán)境學(xué)院
關(guān)鍵詞：持久性有機(jī)污染物、全氟辛酸(PFOA)替代品、高效吸附、共價(jià)有機(jī)骨架材料(COFs)
摘要
全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFASs)性質(zhì)穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。其中全氟辛酸(PFOA)被發(fā)現(xiàn)廣泛分布于各類水體，甚至高濃度賦存于生物體和人體中。PFOA被禁用后，其替代品在環(huán)境條件下仍具有一定危害。但由于這些替代品化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此吸附技術(shù)可能是最有效的去除方法。與傳統(tǒng)吸附材料相比，共價(jià)有機(jī)骨架材料(COFs)有諸多優(yōu)點(diǎn)，成為潛在優(yōu)勢(shì)吸附材料。
本項(xiàng)目采用帶有季銨基團(tuán)的有機(jī)單體組裝合成為正電骨架的COFs。選擇合適單體并優(yōu)化合成條件，對(duì)COFs結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子級(jí)的調(diào)控以研制高效吸附水中不同的長(zhǎng)度PFOA替代品的陽(yáng)離子功能化有序孔吸附材料。
全氟和多氟烷基化合物
全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFASs)是一類高度氟化的有機(jī)化合物。全氟辛酸(PFOA)是最典型的PFASs之一。
圖1 全氟辛酸(PFOA)分子結(jié)構(gòu)示意圖
PFASs具有強(qiáng)穩(wěn)定性、疏水和疏油等特性，應(yīng)用廣泛。
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圖2 全氟和多氟烷基物質(zhì)的應(yīng)用
PFOA替代品的去除方法
PFOA被禁用后，其替代品在環(huán)境條件下仍具有持久性、生物累積性和水生毒性。常見(jiàn)可能的去除方法有以下四種：
圖3 PFOA替代品(GenX)的去除方法
由于這類物質(zhì)很難被水解、光解和生物降解，且抗氧化性強(qiáng)，因此吸附技術(shù)是最有效的去除方法。
共價(jià)有機(jī)骨架材料(COFs)
COFs是多孔的共價(jià)有機(jī)骨架吸附材料，有些COFs還帶有正電基團(tuán)以改善其吸附性能。
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圖4 COFs材料結(jié)構(gòu)示意圖
與活性炭等傳統(tǒng)吸附材料相比，COFs材料具有許多優(yōu)勢(shì)。
表1 COFs材料與傳統(tǒng)吸附材料的對(duì)比
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傳統(tǒng)吸附材料 |
COFs材料 |
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吸附量小 |
復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定高吸附量 |
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結(jié)構(gòu)不可控 |
吸附位點(diǎn)可人為調(diào)節(jié) |
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易受環(huán)境介質(zhì)影響 |
吸附速度快、處理效率高 |
主要吸附去除機(jī)理
COFs材料吸附水中污染物主要依靠?jī)煞N機(jī)制。
表2 兩種主要吸附去除機(jī)理
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離子交換 |
疏水作用 |
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溶液中的離子與COFs上的離子進(jìn)行交換以達(dá)到去除的目的 |
疏水基團(tuán)彼此靠近、聚集
以避開(kāi)水分子的現(xiàn)象 |
材料功能示意圖
圖5 COFs材料去除水中PFOA替代品的示意圖
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