共价有机框架及其复合材料在水处理中的应用
发布时间：2022-02-13 07:55
就共价有机框架（COFs）及其复合材料在有机和无机污染物吸附中的应用进行综述.COFs作为吸附剂的研究重点在于选择合适的构筑单元和制备功能化的COFs以用于吸附不同的污染物.COFs吸附污染物时,表现出吸附容量大、吸附速率快、稳定性强、重复性好等优点.此外,将COFs分别与离子液体（ILs）、纳米粒子或机械载体等材料复合可制备基于COFs的复合材料,从而赋予其操作性和机械性能,便于实际应用.最后,对COFs作为吸附剂在水处理领域的研究进行了展望.
【文章来源】：天津科技大学学报. 2020,35(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
TpPa-NH2@EDTA的制备及吸附重金属离子的示意图
氨化制备COFs吸附U(Ⅵ)示意图
作为多孔材料，COFs骨架本身对有机物具有一定的吸附效果．不同的构筑单元可通过直接构筑法制备成多种多样的COFs，从而实现对不同类型污染物的吸附．刚性对称芳香构筑单元最先被用于制备COFs．例如，含甲氧基的疏水COFs TPB-DMTP-COF、TpBD-Me2和氟基功能化TpBD-(CF3)2分别通过疏水作用吸附药物磺胺甲基嘧啶、生物毒素冈田酸(OA)和亲脂性药物布洛芬等[31-33].Liu等[34]的研究表明共价三嗪框架(CTFs)对羟基、氨基、硝基和磺酸基取代的单环芳香族和双环芳香族化合物的吸附性能强于苯和萘，CTFs对羟基和氨基取代芳香族化合物的高吸附性能源于氢键作用，对硝基芳香族化合物的吸附源于π-π相互作用．CTFs对极性和离子芳香族化合物的吸附量高于商用Amberlite XAD-4树脂．这些结果表明，由于CTFs具有2D刚性骨架、永久和均匀有序的孔隙和大比表面积，CTFs在环境相关领域具有更大的应用范围．Liao等[35]将氟基功能化的活性醛TFTA与苯环共平面的TAPT共聚，制备氟基功能化SCF-FCOF-1(图3[35])，该材料具有较高的结晶度、孔隙率、比表面积(2 056 m2/g)和疏水性．SCF-FCOF-1通过静电相互作用高效地吸附带正电荷的有机染料．烷基胺随后被用于构筑COFs骨架，例如Li等[36]用灵活的三嗪功能化的醛TPT-CHO与烷基胺水合肼缩聚制备结晶TPT-AzineCOF.TPT-Azine-COF的高比表面积(1 020 m2/g)和孔体积(0.65 cm3/g)使其对罗丹明B(RhB)的选择性和吸附量(725 mg/g和970 mg/g)远远超过活性炭(98 mg/g)．最近，不对称构筑单元被用来制备COFs，例如Wang等[37]用非对称超分子heptakis(6-amino-6-deoxy)-β-CD与对苯二甲醛共聚制备结晶β-CD COF，该材料的比表面积为79.2 m2/g，孔体积为0.332 cm3/g，孔径小于4 nm．在一个β-CD COF的2×2超晶胞结构中，环糊精位于半径1.720 nm、轴向距离1.226 nm的螺旋中．β-CD COF中的环糊精空腔和丰富的氨基和羟基促使其吸附双酚A、萘普生等多种极性污染物．有一些学者将COFs作为修饰平台接枝更多吸附位点用于制备功能化COFs以吸附有机物，例如Ji等[38]用后修饰法制备氨基功能化COF(X%[NH2]-COFs)以吸附全氟烷基和多氟烷基物质．结果表明，X%[NH2]-COFs中NH2的含量对污染物的吸附具有重要影响，当NH2含量为20%时，20%[NH2]-COF的比表面积为(1 600±80)m2/g，孔径为3.0 nm，孔体积为1.03 cm3/g，材料中的极性基团和疏水表面的协同作用使其对GenX具有最快的吸附速率和最高的吸附量．另有学者将COFs制备成不同形式，利于污染物吸附，例如Kandambeth等[39]采用焙烤的方法制备独立的晶形多孔M-TpBD膜，该膜比粉末状材料显示出更高的多孔性和结晶度，膜的结构可在水、有机溶剂和酸溶液中保持完整．M-TpBD膜对乙腈的渗透性比现有基于聚酰胺的纳滤膜高2.5倍，M-Tp BD膜的比表面积为800 m2/g，孔径为2.1 nm，对污染物的吸附具有尺寸筛分作用，以M-TpBD膜吸附玫瑰红和硝基苯胺分子为例(图4[39]是材料的原理图)，当玫瑰红(分子大小为1.2 nm×1.54 nm)和硝基苯胺(分子大小为0.44 nm×0.7 nm)的混合物通过M-TpBD膜时，只有硝基苯胺可以通过．
【参考文献】：
期刊论文
[1]红磷光催化材料的研究进展[J]. 朱恩权,马玉花,艾尼娃·木尼热. 化工进展. 2019(11)
[2]关于水体重金属污染现状分析及其健康风险评价[J]. 焦海林. 化工管理. 2019(21)
[3]共价有机框架（COFs）材料最新应用研究进展[J]. 王帅. 江西化工. 2018(02)
[4]饮用水放射性污染现状及健康风险评价研究进展[J]. 梁晓军,宋文磊,李建,张建新. 职业与健康. 2015(03)
[5]染料废水污染现状及处理方法研究进展[J]. 陈文华,李刚,许方程,泮琇,温玲宁,都林娜. 浙江农业科学. 2014(02)
[6]我国区域性水体农药污染现状研究分析[J]. 王未,黄从建,张满成,周庆,李爱民. 环境保护科学. 2013(05)
[7]基于有机硼酸的共价键有机框架研究进展[J]. 刘建华,葛春华,张向东,张美音. 化学通报. 2012(05)
本文编号：3622812
【文章来源】：天津科技大学学报. 2020,35(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
TpPa-NH2@EDTA的制备及吸附重金属离子的示意图
氨化制备COFs吸附U(Ⅵ)示意图
作为多孔材料，COFs骨架本身对有机物具有一定的吸附效果．不同的构筑单元可通过直接构筑法制备成多种多样的COFs，从而实现对不同类型污染物的吸附．刚性对称芳香构筑单元最先被用于制备COFs．例如，含甲氧基的疏水COFs TPB-DMTP-COF、TpBD-Me2和氟基功能化TpBD-(CF3)2分别通过疏水作用吸附药物磺胺甲基嘧啶、生物毒素冈田酸(OA)和亲脂性药物布洛芬等[31-33].Liu等[34]的研究表明共价三嗪框架(CTFs)对羟基、氨基、硝基和磺酸基取代的单环芳香族和双环芳香族化合物的吸附性能强于苯和萘，CTFs对羟基和氨基取代芳香族化合物的高吸附性能源于氢键作用，对硝基芳香族化合物的吸附源于π-π相互作用．CTFs对极性和离子芳香族化合物的吸附量高于商用Amberlite XAD-4树脂．这些结果表明，由于CTFs具有2D刚性骨架、永久和均匀有序的孔隙和大比表面积，CTFs在环境相关领域具有更大的应用范围．Liao等[35]将氟基功能化的活性醛TFTA与苯环共平面的TAPT共聚，制备氟基功能化SCF-FCOF-1(图3[35])，该材料具有较高的结晶度、孔隙率、比表面积(2 056 m2/g)和疏水性．SCF-FCOF-1通过静电相互作用高效地吸附带正电荷的有机染料．烷基胺随后被用于构筑COFs骨架，例如Li等[36]用灵活的三嗪功能化的醛TPT-CHO与烷基胺水合肼缩聚制备结晶TPT-AzineCOF.TPT-Azine-COF的高比表面积(1 020 m2/g)和孔体积(0.65 cm3/g)使其对罗丹明B(RhB)的选择性和吸附量(725 mg/g和970 mg/g)远远超过活性炭(98 mg/g)．最近，不对称构筑单元被用来制备COFs，例如Wang等[37]用非对称超分子heptakis(6-amino-6-deoxy)-β-CD与对苯二甲醛共聚制备结晶β-CD COF，该材料的比表面积为79.2 m2/g，孔体积为0.332 cm3/g，孔径小于4 nm．在一个β-CD COF的2×2超晶胞结构中，环糊精位于半径1.720 nm、轴向距离1.226 nm的螺旋中．β-CD COF中的环糊精空腔和丰富的氨基和羟基促使其吸附双酚A、萘普生等多种极性污染物．有一些学者将COFs作为修饰平台接枝更多吸附位点用于制备功能化COFs以吸附有机物，例如Ji等[38]用后修饰法制备氨基功能化COF(X%[NH2]-COFs)以吸附全氟烷基和多氟烷基物质．结果表明，X%[NH2]-COFs中NH2的含量对污染物的吸附具有重要影响，当NH2含量为20%时，20%[NH2]-COF的比表面积为(1 600±80)m2/g，孔径为3.0 nm，孔体积为1.03 cm3/g，材料中的极性基团和疏水表面的协同作用使其对GenX具有最快的吸附速率和最高的吸附量．另有学者将COFs制备成不同形式，利于污染物吸附，例如Kandambeth等[39]采用焙烤的方法制备独立的晶形多孔M-TpBD膜，该膜比粉末状材料显示出更高的多孔性和结晶度，膜的结构可在水、有机溶剂和酸溶液中保持完整．M-TpBD膜对乙腈的渗透性比现有基于聚酰胺的纳滤膜高2.5倍，M-Tp BD膜的比表面积为800 m2/g，孔径为2.1 nm，对污染物的吸附具有尺寸筛分作用，以M-TpBD膜吸附玫瑰红和硝基苯胺分子为例(图4[39]是材料的原理图)，当玫瑰红(分子大小为1.2 nm×1.54 nm)和硝基苯胺(分子大小为0.44 nm×0.7 nm)的混合物通过M-TpBD膜时，只有硝基苯胺可以通过．
【参考文献】：
期刊论文
[1]红磷光催化材料的研究进展[J]. 朱恩权,马玉花,艾尼娃·木尼热. 化工进展. 2019(11)
[2]关于水体重金属污染现状分析及其健康风险评价[J]. 焦海林. 化工管理. 2019(21)
[3]共价有机框架（COFs）材料最新应用研究进展[J]. 王帅. 江西化工. 2018(02)
[4]饮用水放射性污染现状及健康风险评价研究进展[J]. 梁晓军,宋文磊,李建,张建新. 职业与健康. 2015(03)
[5]染料废水污染现状及处理方法研究进展[J]. 陈文华,李刚,许方程,泮琇,温玲宁,都林娜. 浙江农业科学. 2014(02)
[6]我国区域性水体农药污染现状研究分析[J]. 王未,黄从建,张满成,周庆,李爱民. 环境保护科学. 2013(05)
[7]基于有机硼酸的共价键有机框架研究进展[J]. 刘建华,葛春华,张向东,张美音. 化学通报. 2012(05)
本文编号：3622812
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