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(lǐng)域取得重要進(jìn)展
藥物會通過排泄到尿液中或傾倒到廁所中最終進(jìn)入供水系統(tǒng)。同樣，人們常用的護(hù)膚品和化妝品等個人護(hù)理用品也會通過水槽或淋浴的排水口進(jìn)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(zhì)。隨著全球生活水平的提高，藥物和個人護(hù)理用品（PPCPs）的使用也在增加。因此，這些物質(zhì)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(nèi)分泌干擾物，或者有可能對人體健康或環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。PCCPs作為一種新興的污染物已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。吸附技術(shù)對于去除PPCPs 展現(xiàn)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(dāng)前材料研究領(lǐng)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(xué)穩(wěn)定性，因此最近研究者們將其應(yīng)用于水中有機(jī)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(tuán)聚、不易回收且容易帶來二次污染，限制了其實際應(yīng)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(xué)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(fù)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(yīng)用性，解決粉末狀PAFs 在使用過程中易團(tuán)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(jī)親和性，提升電紡聚合物纖維對于PPCPs的吸附能力。制備的復(fù)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(xiàn)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(zhuǎn)換為實用性更強(qiáng)的纖維膜形態(tài)，吸附劑在吸附后可以被容易的回收，經(jīng)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(jī)理進(jìn)行分析探討，結(jié)果表明，復(fù)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(fù)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(xiàn)。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(fù)載提供思路，促進(jìn)PAFs材料的實際應(yīng)用發(fā)展。相關(guān)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(jìn)行報道。
本項目得到了國家自然科學(xué)基金（91622106、21531003、21601031、21802017），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)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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