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水資源環(huán)境作為生態(tài)環(huán)境一個(gè)重要組成部分，其保護(hù)和改善已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)的一個(gè)重要課題，其中，抗生素的廣泛使用甚至濫用，導(dǎo)致越來(lái)越嚴(yán)重的水體有機(jī)物污染，引起了社會(huì)的極大關(guān)注。研究表明，光催化降解是解決此類污染的有效途徑之一，而設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出一種可高效降解水體抗生素的光催化劑“解藥”，成為國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)的研究熱點(diǎn)。
海南大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)潘勤鶴和楊瑋婷教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究成果，為制備具有高降解性能、易循環(huán)和高穩(wěn)定性的COF（基于共價(jià)鍵連接的晶態(tài)有機(jī)多孔聚合物）提供了一種簡(jiǎn)單的策略，并為其他整體催化材料的制備提供參考。近日，該成果論文發(fā)表在化工領(lǐng)域國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Chemical Engineering Journal。
三聚氰胺帶來(lái)的靈感
“目前，大多數(shù)的光催化劑具有難以回收循環(huán)使用、制備方法復(fù)雜費(fèi)時(shí)以及對(duì)環(huán)境不友好，甚至造成二次污染等缺點(diǎn)?！?/p>
潘勤鶴教授向科技日?qǐng)?bào)記者介紹，COF作為一類新型的多孔結(jié)晶聚合物，通過(guò)強(qiáng)共價(jià)鍵與有機(jī)構(gòu)建單元巧妙地構(gòu)建而成。得益于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積、孔隙率和化學(xué)可調(diào)性，COF被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。由于具有有序、可擴(kuò)展的π共軛骨架和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，COF在光催化應(yīng)用中顯示出巨大潛力，并被用作降解抗生素的潛在光催化劑，但是，COF多為粉末狀態(tài)，其較差的可回收性限制了在實(shí)際環(huán)境中的應(yīng)用。
他介紹，其研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在制備各種先進(jìn)多孔功能材料應(yīng)用到環(huán)境污染物的檢測(cè)與去除方面，取得了系列的研究成果，但這些仍然只停留在基礎(chǔ)研究的領(lǐng)域，無(wú)法產(chǎn)生應(yīng)用或者潛在應(yīng)用的價(jià)值。此外，考慮到大部分MOF材料穩(wěn)定性不好，且通常情況下為晶態(tài)顆?；蚍勰顟B(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在基體材料上生長(zhǎng)或者共混制備成型，實(shí)際應(yīng)用仍是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。為了追求材料的功能使用性、便利性和實(shí)際應(yīng)用的可能，其團(tuán)隊(duì)在大量前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，深入對(duì)基體和多孔材料進(jìn)行分析篩選。
“三聚氰胺海綿有著低成本、大孔隙率和環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用，是一種非常好的載體。三聚氰胺海綿的原材料——三聚氰胺給了團(tuán)隊(duì)靈感?！迸饲邡Q教授說(shuō)。
他進(jìn)一步介紹，在探索過(guò)程中，大家反復(fù)思考，COF-TpTt是一種由三聚氰胺和三醛基間苯三酚通過(guò)席夫堿縮合形成的COF，該材料本身就有著非常出色的光催化性能。如果讓COF-TpTt在三聚氰胺海綿上生長(zhǎng)，是否就能夠?qū)崿F(xiàn)最初的設(shè)想呢？
巧妙采用“反應(yīng)接種”策略
“我們的攻關(guān)難點(diǎn)是如何讓多孔材料在載體上均勻牢固的生長(zhǎng)。潘勤鶴教授要求我們把眼光放得更遠(yuǎn)，追溯材料的分子水平。最初，我們花了很大的精力用于MOF基復(fù)合材料的拓展應(yīng)用?！痹搱F(tuán)隊(duì)成員介紹，在不斷地試錯(cuò)過(guò)程中，大家屢戰(zhàn)屢敗，屢敗屢戰(zhàn)。
多次實(shí)驗(yàn)證明，“反應(yīng)接種”策略實(shí)現(xiàn)了COF在三聚氰胺海綿表面上爆發(fā)性成核，均勻牢固的生長(zhǎng)。該合成策略滿足了晶體合成爆發(fā)性成核的條件，從而使在三聚氰胺海綿上合成的COF粒徑縮小。縮小的粒徑使COF的比表面積增大，從而暴露出更多的催化活性位點(diǎn)，因此也增強(qiáng)了其催化降解效果。而且該策略中載體也是合成COF的原材料，因此所合成的復(fù)合材料有著很高的穩(wěn)定性，這使其循環(huán)使用性能大大提升。
最終，這種巧妙采用“反應(yīng)接種”策略，選用與基底有著同源配體的COF-TpTt，通過(guò)一鍋法成功制備了一種新型的三聚氰胺海綿@COF復(fù)合海綿。
潘勤鶴教授表示，復(fù)合海綿（MS@TpTt）有效克服了一般COF粉末特性難以回收利用的問(wèn)題，可在保證降解效果的情況下進(jìn)行10輪以上的循環(huán)實(shí)驗(yàn)，并在可見(jiàn)光下對(duì)四環(huán)素類抗生素均表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性，其降解率均在90%以上。
對(duì)這項(xiàng)成果，Chemical Engineering Journal審稿人這樣評(píng)價(jià)：這種合成方法不僅簡(jiǎn)單，而且賦予復(fù)合海綿良好的穩(wěn)定性和增強(qiáng)的光催化性能。合成細(xì)節(jié)和表征部分充分驗(yàn)證了該方法的有效性。此外，對(duì)抗生素催化降解的實(shí)驗(yàn)、結(jié)果、討論以及機(jī)理研究也很完整和有條理。這一研究提出了一種有前景的方法來(lái)解決COF作為粉末材料的可回收性差的問(wèn)題。
該論文第一作者是海南大學(xué)2018級(jí)碩士研究生林鐸諭，通訊作者是海南大學(xué)潘勤鶴、楊瑋婷教授和海南師范大學(xué)王崇太教授。（科技日?qǐng)?bào) 記者王祝華）
