多孔有机聚合物吸附分离水体系中有机污染物研究和应用进展

有机物对水体的污染严重威胁生态环境安全和人类健康。 如何有效控制和消除水体系中的有机污染物是当前全球性热点问题之一,基于多孔材料的高效吸附是处理水体有机污染的有效方法。 多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers,POPs)具有比表面积高、物理化学稳定性好、易修饰等特点,作为新型吸附剂在处理水体系有机污染方面具有广阔的应用前景。 本文综述了近10年来新型多孔有机聚合物对水体系中有机溶剂、农药与杀虫剂、有机染料等污染物的吸附分离研究进展。     

碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究

通过简单的一步碳化方法, 以含氮的多孔有机骨架JUC-Z2为碳前驱物制备出氮掺杂多孔碳材料. 与原始JUC-Z2材料相比, 制备的多孔碳材料显示出明显提高的气体吸附量和增强的吸附焓. 其中JUC-Z2-900的CO₂吸附量高达113 cm³·g^-1, H₂吸附量也达到246 cm³·g^-1, 超过了大部分报道的多孔材料. 尤其是JUC-Z2-900的CH₄吸附量在273 K, 1 bar下高达60 cm³·g^-1, 据我们所知, 这一值为目前报道材料的最高值. 除此之外, 样品还显示出选择性吸附CO₂的能力, 273 K下, JUC-Z2-900的CO₂/N₂的选择性高达10, CO₂/H₂的选择性也高达66. 另外, 样品具有很高的热稳定性, 有望应用在碳捕获和清洁能源储存等领域.     

超疏水多孔硅的制备及表面稳定性

在加热条件下采用氢化硅烷化反应对多孔硅表面进行改性,通过扫描电子显微镜、红外光谱及元素分析等手段表征了多孔硅改性前后的结构和组成,研究了不同反应时间对其性能的影响.结果表明,反应3 h后制得了超疏水表面的多孔硅,其在碱性及空气环境中具有良好的稳定性.     

多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究

以硅酸钠和氯化铵为原料,通过添加表面活性剂制备高吸附活性的多孔硅胶.采用SEM,IR和XRI)等手段对硅胶样品的结构和形貌进行表征,并利用紫外分光光度法研究硅胶样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附性能.结果表明,合成的硅胶样品是由纳米量级的无定形二氧化硅颗粒组成的多孔性、疏松状物质,对垃圾渗滤液中的有机物分子具有较强的吸...     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

羧基微孔有机网络材料的合成及其对水中苯并三唑类污染物的快速吸附与去除

以富含羧基的反应单体合成了比表面积大、溶剂和热稳定性好的羧基微孔有机网络材料MON-2COOH,开展了其用于快速吸附和去除水中苯并三唑类污染物的研究。通过固体核磁碳谱、N₂吸附-解吸、傅里叶变换红外光谱、热重分析、扫描电镜和水接触角实验对所合成的MON-2COOH进行了表征。考察了MON-2COOH吸附1H-苯并三唑(BTri)和5-甲苯基三唑(5-TTri)的吸附等温线、吸附动力学和热力学,以及离子强度、p H值和腐殖酸等对吸附的影响。BTri和5-TTri在MON-2COOH上的吸附符合准二级和Langmuir吸附模型。MON-2COOH在10 min内即可实现对BTri和5-TTri(100 mg·L^-1)的吸附平衡,最大吸附量分别为251.3、369.0 mg·g^-1,优于文献报道的大多吸附剂。MON-2COOH还具有良好的可重复使用性和再生性,并成功用于实际水样中BTri和5-TTri的吸附和去除。机理研究表明π-π、疏水和氢键相互作用在吸附过程中起重要作用。该文为设计和合成高效去除苯并三唑类污染物的吸附剂提供...     

土壤/沉积物吸附有机污染物机理研究的进展

有机污染物与土壤、沉积和以及地表水中悬浮物（如腐殖质）之间的相互作用——吸咐与解吸是决定它们环境行为最重要的因素之一。自60年代末期以来,经各国科学院们的共同努力,该项工作取得了一些非常重要的研究成果,本文将对该领域的研究现状进行评述,并对其未来可能的发展方向提出自己的见解。     

一步碳化多孔有机材料制备多孔碳及其性能的研究

开发并利用清洁的、可再生的能源是解决环境污染问题和能源短缺的有效方法.碳化含碳量较高的多孔有机材料制备的多孔碳,具有较高的比表面积,良好的物化稳定性,优良的机械性能等优点,在清洁能源的存储、分离、能量的存储与转化领域有广泛的应用.常见的由多孔有机材料制备多孔碳的方法主要是非活化碳化法和活化碳化法.不同的制备方法得到的多孔碳形貌,孔结构各不形同.多孔碳材料自身的结构性质可以影响其应用.合理的设计并调控多孔碳的“孔”,发挥孔尺寸的“筛分效应”可以有效地对气体进行存储和分离.在锂电等能量转化领域,“限域效应”是影响锂电性能的重要因素.多孔碳材料中较小的孔可以限域活性成分,而较大的孔可以快速传输,两种孔的协同效应可以使锂电性能大大提升.本综述系统地归纳了一步碳化多孔有机材料制备多孔碳的方法及其优势,详细地介绍了其在气体吸附、存储、分离以及电化学等领域的应用.最后,结合多孔碳材料的研究现状,提出由多孔有机材料制备多孔碳材料所面临的挑战,同时也展望了多孔碳材料的应用前景.     

柱芳烃基多孔聚合物的制备及其吸附性能

将柱[5]芳烃与1,3,5-三乙炔苯(TEB)通过Sonogashira偶联反应制备了一类新型多孔有机聚合物P[5]-TEB,进而通过脱甲基反应对其进行改性得到多羟基的多孔聚合物P[5]OH-TEB,对二者的物理化学性质和吸附性能进行研究。 氮吸附测试表明,羟基的引入使P[5]OH-TEB的比表面积变大,同时引入微孔结构。 染料吸附实验表明,两聚合物对亚甲基蓝吸附过程符合Langmuir模型,P[5]OH-TEB对亚甲基蓝有更大的吸附量;吸附动力学试验表明,吸附过程更符合拟二级动力学模型,属于化学吸附过程,改性之后P[5]OH-TEB有更快的吸附速率;选择性吸附实验表明,羟基引入聚合物后聚合物对阳离子染料的吸附性能提升,对阴离子染料的吸附效果变差。     

苯基修饰的疏水微孔二氧化硅膜的制备与表征

采用苯基三乙氧基硅烷(PTES)和正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了苯基修饰的SiO2膜材料。利用扫描电镜、N2吸附、视频光学接触角测量仪、热重分析、红外光谱等测试手段对膜的孔结构以及疏水性能进行了表征,最后还研究了修饰后膜材料在室温条件下的单组份气体渗透和分离性能。结果表明,随着PTES加入量的增大,膜材料的疏水性逐渐增强,当PTES/TEOS和H2O/TEOS的化学计量比分别达到0.6和9.6时,膜材料对水的接触角达到115±0.5°,仍保持良好的微孔结构,其孔体积为0.17cm3/g,孔径为0.4-0.5nm。室温下氢气在修饰后SiO2膜的输运既遵循发生在微孔孔道的表面扩散机理也遵循发生在较大孔道或者微缺陷的努森扩散机理,膜材料的H2渗透率达到1.49×10-6mol?m-2?Pa-1?s-1,H2/CO2 和H2/SF6的理想分离系数分别达到4.64和365.59     

疏水性有序介孔氧化硅薄膜的制备

采用溶胶−凝胶技术并结合蒸发诱导自组装工艺, 以三嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀ (P123)为模板剂, 使用浸渍提拉法制备了有序介孔氧化硅薄膜, 并使用不同的表面修饰剂对薄膜进行表面处理, 制备了疏水性有序介孔氧化硅薄膜. 利用FT-IR、小角XRD、HRTEM分别表征薄膜的化学物种和孔结构, 探讨了热处理温度和老化时间对薄膜介孔结构的影响, 通过接触角测试研究薄膜的疏水性能, 考察了修饰剂种类、修饰浓度和修饰时间对薄膜疏水性的影响, 结果表明所制备的薄膜为高度有序的介孔氧化硅薄膜, 孔径大小约为8 nm|表面修饰对薄膜的有序性有一定影响, 经三甲基氯硅烷(TMCS)和g-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)修饰后的薄膜具有很好的疏水性能, 接触角分别为112°和96°|修饰后薄膜的水汽稳定性良好, 仍能保持有序介孔结构, 孔径达7.5 nm, 接触角达93°.     

ZnO-g-C3N4多孔Z型异质结的合成及净化有机废水性能研究——推荐一个大学化学综合性实验

In this paper, a comprehensive chemistry experiment named Synthesis and purification performance of porous ZnO-g-C₃N₄ Z-scheme heterojunction for organic wastewater is introduced. The cheap chemical reagents, including urea, ammonium chloride and zinc nitrate, are used as raw materials for preparing porous ZnO-g-C₃N₄ heterojunction, which is composed of ZnO and graphitic carbon nitride, with a direct calcination method. Furthermore, the heterojunction is analyzed by several techniques. Meanwhile, the adsorption capacity and photocatalytic activity for rhodamine B were investigated. This comprehensive experiment is helpful for improving the experimental operation skills of senior undergraduates, stimulating their interest in scientific research, cultivating their scientific research capabilities, and enhancing their environmental awareness and responsibility awareness.     

Porous Materials for Water Purification

Water pollution is a growing threat to humanity due to the pervasiveness of contaminants in water bodies. Significant efforts have been made to separate these hazardous components to purify polluted water through various methods. However, conventional remediation methods suffer from limitations such as low uptake capacity or selectivity, and current water quality standards cannot be met. Recently, advanced porous materials (APMs) have shown promise in improved segregation of contaminants compared to traditional porous materials in uptake capacity and selectivity. These materials feature merits of high surface area and versatile functionality, rendering them ideal platforms for the design of novel adsorbents. This Review summarizes the development and employment of APMs in a variety of water treatments accompanied by assessments of task-specific adsorption performance. Finally, we discuss our perspectives on future opportunities for APMs in water purification.     

Synthesis and application of a hydrophobic hypercrosslinked polymeric resin for removing VOCs from humid gas stream

A hydrophobic hypercrosslinked polymeric resin LC-1 was prepared and characterized.The properties of LC-1 resin were compared with those of a commercial hypercrosslinked polymer NDA-201 resin.In addition,the dynamic adsorption of trichloroethylene(TCE)onto LC.1 under dry and humid conditions at 303 K was investigated,the result shows that LC-1possesses high hydrophobic property and can remove TCE from gas stream without effect of high humidity efficiently.     

疏水介孔二氧化硅膜的制备与表征

用甲基三乙氧基硅烷(MTES)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体，以聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物(P123)作有机模板剂，通过共水解缩聚反应制备了甲基修饰的介孔SiO₂膜。利用N₂吸附、FTIR、²⁹Si MAS NMR以及接触角测量仪对膜的孔结构和疏水性进行了表征。结果表明，修饰后的膜材料具有良好的介孔结构，最可几孔径为4.65 nm，孔体积为0.69 cm³·g^-1，比表面积为938.4 m²·g^-1；同时疏水性明显提高，当n_MTES/n_TEOS达到1.0时，其对水的接触角达到109°± 1.1°。气体渗透实验表明气体通过膜孔的扩散由努森机制所控制。     

疏水增透SiO2膜的制备及其性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DDS)为前驱体，在碱催化体系中通过选择合适的原料配比以及对体系溶胶 凝胶过程的控制使DDS和TEOS的水解产物发生共缩聚反应，进而制备出改性的SiO2溶胶，并采用旋转镀膜法(spin coating)直接获得了同时具有良好疏水和增透性能的SiO2光学膜，克服了增透膜防潮性能差的缺点.同时采用透射电子显微镜（TEM）、粒度分布（SDP）等手段研究了不同条件下溶胶的性质及其对膜层性能的影响，并与未经改性的SiO2增透膜进行了比较，结果表明改性后的膜层不仅疏水性大大增加，且在相同镀膜条件下，膜层的厚度随着老化时间的延长增加较小，故其透过率曲线在300～800 nm范围内不易出现多个增透峰.     

Stoeber二氧化硅溶胶中氨水的去除方法

通过pH值、电导率和二氧化硅解离量的测定，研究了Stfber二氧化硅溶胶的提纯过程．发现离心水洗很难完全去除体系中的氨水并且残留的氨水会影响二氧化硅粒子的化学稳定性．对二氧化硅溶胶进行酸处理后再提纯，可以大大加速提纯过程并消除氨水对二氧化硅粒子化学稳定性的影响。     

Covalent Organic Framework Based Crosslinked Porous Microcapsules for Enzymatic Catalysis

The design of porous microcapsules with selective mass transfer and mechanical robustness for enzyme encapsulation is highly desired for biocatalysis, yet the construction remains challenging. Herein, we report the facile fabrication of porous microcapsules by assembling covalent organic framework (COF) spheres at the interfaces of emulsion droplets followed by interparticle crosslinking. The COF microcapsules could offer an enclosed aqueous environment for enzymes, with size-selective porous shells that allow for the fast diffusion of substrates and products while excluding larger molecules such as protease. Crosslinking of COF spheres not only enhances the structural stability of capsules but also imparts enrichment effects. The enzymes encased in the COF microcapsules show enhanced activity and durability in organic media as verified in both batch reaction and continuous-flow reaction. The COF microcapsules offer a promising platform for the encapsulation of biomacromolecules.     

在多孔有机聚合物中构筑广谱性重金属离子吸附活性位

以三维刚性结构的三蝶烯为单体, 通过简单的Friedel-Crafts烷基化反应制备得到高比表面积的三蝶烯基多孔有机聚合物(TPOP), 在TPOP中接枝乙二胺和氯乙酸钠, 构建了广谱重金属离子吸附剂(TPOP-CH₂EDTA). 获得的TPOP-CH₂EDTA具有微孔/介孔结构, 其微孔尺寸为1.6 nm, BET比表面积为634 m²/g, 利于重金属离子传递和配位作用的强化. TPOP-CH₂EDTA对重金属离子具有吸附广谱性, 其对Ag(Ⅰ), Cu(Ⅱ), Ni(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Co(Ⅱ), Sn(Ⅳ), Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ), Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)等10种重金属离子的去除率均高于98%. 以Pb(Ⅱ)为典型的重金属污染物, 通过Langmuir模型计算得到Pb(Ⅱ)的最大吸附容量高达184.5 mg/g; 具有拟二级吸附动力学特征, 吸附速率快, 动力学常数k₂为0.0173 g·mg^?1·min^?1; 经过5次循环使用后, Pb(Ⅱ)的去除效率仍高达95.8%. TPOP-CH₂EDTA对混合溶液中Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除率均高于99%, 且对含有大量无机盐[如Ca(Ⅱ), Mg(Ⅱ), K(Ⅰ)和Na(Ⅰ)离子]和有机化合物的复杂真实水体系, Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的去除效率仍高于90%. 因此, 通过调控多孔有机聚合物微观结构(如比表面积、 孔径和吸附位点密度)而构筑的广谱性重金属吸附材料, 为协同去除复杂水系统中混合重金属离子提供了方案.