多維、多尺度的多孔超分子有機框架及其對水中有機污染物的 選擇性吸附與分離技術應用
快速吸附和有效分離水體中的有機污染物是污水處理工藝的關鍵性技術。多孔炭具有生物相容性優良，比表面積較高，以及容易修飾的特性，是去除有機污染物的有效材料。盡管具有微孔、中孔和大孔的碳材料在回收微小有機污染物方面呈現出較好的吸附性能，但是碳材料的再生需要較高的費用，并且容易造成二次污染。同時，碳材料的超疏水性使其難以與水分子發生有效碰撞，俘獲水中的微小污染物顆粒效率低。
2018年，黃哲鋼課題組共轭螺旋槳形碳嵌段和親水性高分子，構築了超分子多孔嵌段共聚物。嵌段共聚物的組裝提高了碳材料在水中的分散性能，高效實現對污水中有機污染物的有效吸附（Advanced Materials, 2018, 1800683）。為了進一步實現對污染物的快速吸附，課題組以超分子多孔聚合物為模闆，通過可控交聯，構築二維共價有機聚合物（COPs）和球狀卷曲物。相較于二維的COPs，球狀卷曲物的空心結構賦予了其超高的吸附容量, 由此提出同時具有較高吸附容量和快速吸附功能的吸附劑的制備方法(Nano Lett. 2019, 19, 9131)。
圖：(a) 基于TMPTA環狀膠體聚合的層狀、管狀、球狀COFs。(b)多維、多尺度COFs對有機污染物的選擇性吸附及分離領域的應用。
近日，課題組拓撲超分子組裝與識别技術，以六聚合環狀膠體、四聚合環狀膠體以及二聚合環狀膠體為前驅體，通過選擇性交聯構築層狀、管狀和球狀共價有機框架（COFs）。基于框架的前驅體-膠體的識别性能，層狀COFs能夠快速吸附盤狀污染物（DB），管狀COFs與各向異性污染物（CP）具有較強的相互作用，而球狀COFs對短棒或等方性的污染物（MO）呈現快速吸附功能。最後，發展多孔COFs結構的選擇性識别，實現對三種污染物的有效分離。此研究結果以“Precisely Controlled Multi-dimensional Covalent Frameworks from the Polymerization of Supramolecular Colloids”為标題，發表在Angewandte Chemie International Edition。
該研究得到國家自然科學基金、廣東省傑出青年基金、高等院校青年教師重點培育項目及聚合物複合材料及功能材料教育部重點實驗室的資助。2015年7月到太阳集团app首页工作以來，黃哲鋼教授主要圍繞着超疏水性介孔材料與超分子功能化在超分子催化、污染物吸附、智能傳輸與傳導領域開展工作。課題組非常歡迎與以上研究有興趣的本科生、碩士生、博士生及博士後的加入學習。
