水污染已成為全世界的一個嚴重問題。在所有的水污染物中，有機化合物和重金屬是非常令人關注的，因為它們對人類健康和野生動物構成了嚴重的健康風險。苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)在化石燃料提取過程中被回收，廣泛用作工業產品的溶劑，然后釋放到環境系統中。人類暴露于BTEX會干擾關鍵的內分泌信號，導致癌癥、神經損傷和功能障礙，以及肺部、心血管、肝臟和腎臟疾病。另一方面，汞(Hg)作為一種典型的重金屬，是一種全球性、持久性、生物蓄積性的有毒金屬，2017年被世界衛生組織列為十大“令人關注的化學品”之一。目前，BTEX和/或Hg (II)廣泛存在于化工、石化廢水和環境水生系統中。因此，有效地去除廢水和環境水中的這些污染物是至關重要的。
最近，武漢紡織大學化工學院何池洋教授課題組報道了兩種可同時去除甲苯、間二甲苯和Hg(II)的硫醇/硫醚多孔有機聚合物(POP-SH/SMe)，遺憾的是，它們對Hg(II)的吸附能力有限，尚未用于同時吸附整個BTEX和Hg(II)。此外，到目前為止，還沒有其他吸附劑同時吸收BTEX和Hg(II)的報道。因此，開發新型多功能吸附劑來同時去除廢水中的BTEX和Hg(II)已成為當務之急。
基于團隊之前的報道, 該團隊繼續設計合成了一種新型巰基功能化共價有機框架多功能吸附劑(COF-S-SH)，基于共軛芳香骨架對芳香類污染物的π-π堆積和疏水作用，以及巰基與汞（II）離子的強結合力，實現了模擬污水中BTEX（苯、甲苯、乙苯、二甲苯）和Hg(II)的同時快速高效吸附去除，顯示了其在污水處理中的巨大潛力。該項研究成果以“Novel thiol-functionalized covalent organic framework as adsorbent for simultaneous removal of BTEX and mercury (II) from water”為題發表在國際著名期刊Chemical Engineering Journal上
圖1-COF-S-SH的合成。
論文制備了一種新型硫醇功能化共價有機骨架(COF-S-SH)，用于同時去除水中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯和汞離子。COF-S-SH是通過新的三氨基單體(TABPB)與2,5-二乙烯基對苯二甲酸的Schiff-base反應，然后1,2-乙二醇二硫醇與乙烯基之間的巰基“click”反應得到的。利用FT-IR光譜、能量色散x射線光譜、13C核磁共振波譜、氮吸附-脫附等溫線、熱重分析、掃描電鏡、x射線衍射和zeta電勢對COF-S-SH進行了表征。新型吸附劑具有較高的結合能力，BTEX的最大吸附量(Qmax)為150.2 ~ 255.8 mg/g, Hg(II)的最大吸附量(Qmax)為588.2 mg/g。該吸附劑吸附動力學也較快，BTEX吸附速率常數為0.01043-0.05002 g/mg/min, Hg(II)吸附速率常數為7.254×10 - 4 g/mg/min。此外，吸附劑對汞(II)對水中常見金屬離子有較好的結合選擇性。吸附劑也顯示良好的同時吸收能力和良好的可重用性。它已被應用于同時消除BTEX和Hg(II)，在模擬污水去除苯、甲苯、乙苯、間二甲苯和Hg (II)的效率分別為63.6,82.1,94.6,95.3和94.1%。特別是可以將模擬污水中的低濃度Hg(II)降低到低于飲用水限值的水平。因此，COF-S-SH可作為石油化工生產廢水中同時去除BTEX和Hg(II)的優良吸附劑。顯示了其在污水處理中的巨大潛力。
圖2-巰基共價有機框架(COF-S-SH)同時吸附廢水中BTEX和Hg(II)示意圖
論文要點：1、制備了一種新的硫醇官能化共價有機骨架；2、BTEX和Hg(II)離子結合能力強，吸收動力學快；3、對汞(II)在其他常見金屬離子存在下的高結合選擇性；4、模擬污水中高效同時去除BTEX和Hg(II)離子。
總之，通過新型三氨基單體(TABPB)與2,5-二乙烯基對苯二甲酸(DVA)之間的Schiff-base反應，以及1,2-乙二硫醇與乙烯基之間的巰基鍵合反應，合成了一種新型硫醇功能化共價有機骨架(COF-S-SH)。COF-S-SH對BTEX和Hg(II)具有較高的結合能力和快速結合動力學。此外，它對汞(II)對水中常見金屬離子具有良好的結合選擇性。該吸附劑對BTEX和Hg(II)具有良好的同時吸附能力和可重用性。COF-S-SH已成功應用于模擬污水中同時去除BTEX和Hg(II)，對每種污染物的去除效率都很高。特別是可以將模擬污水中的低濃度Hg(II)離子降低到低于飲用水限值的水平。這項工作表明了硫醇功能化的COFs作為同時去除環境修復中的BTEX和Hg(II)的極好的吸附劑材料的巨大潛力。
論文鏈接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720316946
