王月博士和蓝建慧博士关于共价有机框架(COFs)材料高选择性分离电荷分散含氧酸根污染物的工作被Advanced Functional Materials接收,热烈祝贺!
离子交换材料对阴离子的吸附选择性一般遵循Hofmeister规则,而电荷分散、亲水性较差的阴离子污染物通常很难被普通的阳离子框架材料优先捕获,这限制了大多数材料在富含竞争性阴离子的实际环境中的可用性。得益于前期在COFs材料吸附分离放射性核素研究中积累的大量经验,课题组与北京大学翟茂林教授课题组合作,采用γ辐射修饰的方法,通过调节材料表面疏水性,制备了一种电荷分散超疏水季鏻盐修饰的三维COFs材料(名为3DCOF-g-VBPPh3Cl)。该材料对电荷分散的含氧酸根阴离子(如MnO4–、TcO-4–、ReO4–等)均具有较强的亲合力,克服Hofmeister规则实现了复杂水体系中的快速高选择性捕获,对ReO4–的分配系数高达1.0 × 108 mL/g,展现出良好的应用前景。
我国拟将甘肃北山地区选为高放废物地质处置场址,一旦地质处置库发生破损或失效,放射性物质就会泄露并迁移扩散至地下水中。地下水样含有过量的竞争性阴离子,对该水样进行放射性污染修复,可为潜在的放射性泄露事件提供应急处理预案,具有重要的研究意义。研究结果表明,在Cl–、SO42–、HCO3–、NO3–等竞争性阴离子大量共存的北山地下水体系中,3DCOF-g-VBPPh3Cl仍可在5 min内达到吸附平衡,对TcO4–的去除率高达98.2%,展现出环境修复的巨大潜力。MD和DFT计算揭示了材料与电荷分散含氧酸根之间基于静电与色散相互作用的优先捕获机理。
本工作将功能三维COFs应用到复杂水体系中含氧酸根污染物的高选择性分离,为其他阴离子捕获材料的设计合成提供了思路。
文章信息:Yue Wang,# Jian-Hui Lan,# Xiao-Fan Yang, Shou-Chao Zhong, Li-Yong Yuan*, Jiu-Qiang Li, Jing Peng, Zhi-Fang Chai, John K Gibson, Mao-Lin Zhai*, and Wei-Qun Shi*. Superhydrophobic phosphonium modified robust three-dimensional covalent organic framework for preferential trapping of charge dispersed oxoanionic pollutants. Adv. Funct. Mater. 2022, accepted. (The first two authors contributed equally to this work)