逯乐慧课题组：新型多孔聚合物用于水中双酚A的高效去除
中科院长春应用化学研究所逯乐慧课题组和中南大学艾可龙课题组合作开发了一种新型的对双酚A（BPA）具有高吸附能力的1,3,5-三[4-(二苯基氨基)苯基]苯（MPDPB）多孔聚合物。该聚合物显示了超高的BPA吸附性能，且可以负载到无纺布上得到高效BPA吸附滤芯和滤膜。
双酚A（BPA）是一种化学原料，广泛应用于制革、纸张、电子产品、玩具、容器等制造业，全球年产量超过800万吨，且以每年6％的速度增长。然而，BPA对生态环境具有破坏作用，在极低的浓度下就可以对人体产生毒害作用。迄今为止，MOF、COF、活性炭等许多新型吸附剂被开发用于BPA吸附。然而，由于BPA的化学惰性和电中性，在水中去除BPA极具挑战性。
在众多影响吸附剂性能的因素中，吸附剂对BPA的亲和力是决定性因素。1,3,5-三[4-(二苯基氨基)苯基]苯聚合物（PDPB）具有共轭大环结构，其内生的孔隙与BPA的尺寸接近，理论上对BPA具有高的亲和力。逯乐慧等选择PDPB作为BPA的新型吸附剂，并在反应体系中引入硝基苯作为造孔剂，成功制备了与BPA尺寸匹配的内生微孔和介孔结构的1,3,5-三[4-(二苯基氨基)苯基]苯聚合物（MPDPB）（图1）。
图1（a）在硝基苯-氯仿双溶剂体系下制备MPDPB的示意图；（b）PDPB和MPDPB的N2吸附等温线；（c）PDPB和MPDPB的孔径分布，插图是MPDPB产物；（d）MPDPB的荧光光谱，插图是在紫外灯照射下MPDPB的荧光图像，左为甲苯，右为含MPDPB的甲苯。
MPDPB中的共轭结构可以显著增强聚合物和BPA之间的范德华力。更重要的是，MPDPB具有内生的0.59 nm孔隙，可大幅增加BPA与孔壁之间的接触而进一步增强它们之间的范德华相互作用。理论计算和实验表明，MPDPB与BPA的结合能远大于环糊精基吸附剂（CD）和常用的活性炭（AC）（图2）。
图2 BPA与AC（a）、CD（b）及MPDPB（c）的结合位点（DFT模拟）；（d）AC、CD和MPDPB对BPA的结合能；（e）MPDPB修饰的QCM电极用于BPA吸附的示意图；（f）注入0.1 ppb的BPA后，经MPDPB、CD和AC修饰的QCM电极的频率变化。
MPDPB对BPA的强亲和力可极大提高其对BPA的吸附效率。MPDPB能有效地从水中去除BPA，对BPA具有快速的吸附动力学、高的分配系数，其最大吸附量高达826 mg/g。而且，MPDPB具有较低的细胞毒性，展现了优异的生物兼容性。这种良好的生物兼容性使得MPDPB不会对生态系统产生破坏作用。通过将MPDPB负载到滤膜和滤芯上，可进一步制备对BPA高效吸附的MPDPB滤膜和滤芯材料。MPDPB滤膜能去除水中95.2%的BPA，而MPDPB滤芯能去除高达99.8%的BPA（图3）。MPDPB还表现出对水中许多其他有机污染物的强大吸附能力。此外，MPDPB对恶劣环境具有高度耐受性。该特性有助于MPDPB在酸性、碱性和高盐条件下维持高吸附性能。本研究结果为提升有机污染物吸附性能提供了有效的研究思路。
图3（a）Hela细胞孵育MPDPB之后（2 mg/mL），对钙黄绿素（绿色，活细胞）和碘化丙啶（红色，死细胞）共染色的共聚焦显微镜成像；（b）用不同浓度的MPDPB孵育24小时后，HeLa细胞的细胞活力；（c）制备负载MPDPB无纺布的示意图；（d）无纺布和负载MPDPB无纺布的照片；（e）负载MPDPB无纺布滤芯材料的废水处理的设备（左）和处理前后的BPA浓度（右）；（f）负载MPDPB的滤膜（左）和处理前后的BPA浓度（右）。
论文第一作者为中科院长春应化所研究生李泽伦和王娟，通讯作者为中南大学湘雅药学院艾可龙教授和中科院长春应化所逯乐慧研究员。 详见：Zelun Li, Juan Wang, Qian Chen, Kelong Ai*, Lehui Lu*. Hierarchically porous polymer with ultra-high affinity for bisphenol A enables high efficient water. Sci. China Chem., 2021, DOI: 10.1007/s11426-020-1009-y
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通讯作者简介
艾可龙 中南大学湘雅药学院特聘教授，博士生导师。2012年获中国科学院大学分析化学硕士学位, 2018年获吉林大学材料工程学博士学位。2007-2019年在中国科学院长春应用化学研究所逯乐慧研究员课题组工作, 2019年到中南大学湘雅药学院工作。以第一作者和通讯作者身份在Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等SCI期刊发表25篇论文。主持国家自然科学基金委面上项目等7项基金。获得2项吉林省自然科学一等奖，1项吉林省自然科学二等奖。
逯乐慧 中国科学院长春应用化学研究所研究员，副所长。致力于纳米探针功能设计及其调控机制研究，独立工作以来在Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.等SCI期刊上发表第一作者和通讯作者论文72篇，SCI他引10600多次。作为大会主席主办了三届国际电分析化学会议，担任973项目首席科学家，国家杰出青年科学基金项目、国家重点研发计划项目和国家自然科学基金委创新研究群体项目负责人，获国家自然科学二等奖1项和吉林省自然科学一等奖2项。