华盛顿州立大学林跃河教授课题组《ACS AMI》：导电纳米复合材料 - 高效绿色污水除氟

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全氟丁酸 (PFBA) 是一种全氟烷基和多氟烷基物质 (PFAS)，是一种用途广泛的工业化合物，然而PFBA对人类健康和生态环境具有极大的伤害性。近几十年来，如何从水资源中除去PFBA 受到了广泛的关注和探讨。目前，工业界和科研界最为认可的方法为活性炭吸附和离子交换树脂吸附法，然而这类“吸附法”在使用过程中会产生大量二次污染。
华盛顿州立大学林跃和教授课题组在 《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为Selective Removal of Perfluorobutyric Acid Using an Electroactive Ion Exchanger Based on Polypyrrole@Iron Oxide on Carbon Cloth的文章 (DOI: 10.1021/acsami.1c09374)。该课题组设计制备了新型纳米结构PPy@Fe₂O₃ NN-CC，可通过协同电化学离子交换技术（ESIX）有效去除水中的微量PFBA。实验结果证明PPy@Fe₂O₃ NN-CC纳米复合材料具有理想的离子交换速度和吸附效率，在24小时后吸附率可达到14 mg/g。同时吸附PFBA饱和的PPy@Fe₂O₃ NN-CC可在50分钟内将PFBA完全脱除，表现出出色的吸附容量和理想的循环使用性能。此外，PPy@Fe₂O₃ NN-CC 纳米复合材料表现出优异的选择吸附性，对 PFBA 的吸附选择性远高于水中其他常见阴离子，如 Cl^-、SO₄ ^2-和 NO₃ ^-。

示意图1. （A）PPy@Fe₂O₃ NN-CC合成示意图；（B）ESIX吸脱附过程机理图。

图1. （A，B）Fe₂O ₃ NN-CC和（C，D）PPy@Fe₂O₃ NN-CC纳米复合材料不同分辨率下SEM图像。

图2. （A） Fe₂O₃ NN-CC的XRD谱图；吸附PFBA的PPy@Fe₂O₃ NN-CC， 脱附PFBA的PPy@Fe₂O₃ NN-CC以及PPy@Fe₂O₃ NN-CC纳米复合材料的（B）XPS谱图和（C）FTIR谱图；（D）PPy@Fe₂O₃ NN-CC纳米复合材料以及脱附PFBA的PPy@Fe₂O₃ NN-CC拉曼谱图。

图3. PFBA在CC，Fe₂O₃ NN-CC以及PPy@Fe₂O₃ NN-CC纳米复合材料上的吸附效率。

图4. 离子（A）Cl^-, SO₄^2-, NO₃^-和 （B）Cl^-, SO₄^2-, NO₃^- 共存以及丁酸对 PFBA 在 PPy@Fe2O3 NN-CC 纳米复合物中的吸收的影响。

文章第一作者为华盛顿州立大学的呼延辰熙硕士，通讯作者为华盛顿州立大学的刘栋博士和林跃河教授。

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https://doi.org/10.1021/acsami.1c09374

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