重金屬離子的濫用導(dǎo)致的人類疾病和環(huán)境污染已成為全球公共衛(wèi)生的主要問題之一。汞離子作為一種劇毒污染物,不僅會(huì)破壞人體的新陳代謝,而且會(huì)損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng),對(duì)人類生命健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此,以設(shè)計(jì)合成環(huán)保、高效和經(jīng)濟(jì)的材料為基礎(chǔ),開發(fā)新的方法用于檢測(cè)和去除汞離子對(duì)解決汞污染問題具有重大意義。
近日,吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、納微構(gòu)筑化學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室楊英威教授團(tuán)隊(duì)撰寫了題為“Recent Progress in Functional Materials for Selective Detection and Removal of Mercury(II) Ions”的綜述文章,梳理總結(jié)了基于納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料的四種功能材料在汞離子檢測(cè)和分離中的最新研究進(jìn)展,并論述了這四種功能材料應(yīng)用于汞離子污染治理領(lǐng)域的發(fā)展前景,以及面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。該論文最近在線發(fā)表在Wiley出版社的Advanced Functional Materials期刊上(2020, DOI: 10.1002/adfm.202006168)。
圖1. 基于納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料的四種功能體系用于汞離子檢測(cè)和分離的概括圖
傳統(tǒng)的汞離子檢測(cè)體系存在成本高、穩(wěn)定性差、靈敏度低、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、去除率小等缺點(diǎn)。而汞離子的處理則要求材料具備環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和可回收利用的性能,并能夠?qū)χ亟饘匐x子進(jìn)行高選擇性的檢測(cè)和極高效的分離。因此,近年來經(jīng)過科研工作者的不斷努力和探索,納米材料、聚合物材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料和多孔材料這四類代表性的先進(jìn)功能體系在汞離子檢測(cè)和分離方面的應(yīng)用被大量報(bào)道,它們?cè)谔幚砉x子污染中表現(xiàn)出了檢測(cè)限低、靈敏度高、選擇性強(qiáng)和吸附容量大等優(yōu)勢(shì)。
作者首先概述了四種代表性的體系在汞離子檢測(cè)中各自具備的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),隨后分四個(gè)部分詳細(xì)介紹了這四種體系在汞離子處理領(lǐng)域的應(yīng)用。第一部分從金屬納米材料和碳點(diǎn)納米材料兩個(gè)方面對(duì)納米材料在汞離子處理中的應(yīng)用進(jìn)行介紹,包括它們的結(jié)構(gòu)特征,以及這類材料對(duì)汞離子檢測(cè)的機(jī)理;第二部分介紹了聚合物材料,包括超分子聚合物、金屬共軛的聚合物和其他聚合物,在實(shí)際應(yīng)用于水體系汞離子檢測(cè)時(shí)存在的優(yōu)勢(shì),并詳細(xì)探討了這類體系的檢測(cè)機(jī)制;第三部分是新興的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料,重點(diǎn)介紹了這類材料在處理生物體富集的汞方面具有高靈敏度、強(qiáng)選擇性和顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值;第四部分介紹了多孔材料,包括金屬-有機(jī)框架材料、共價(jià)有機(jī)框架材料和其他的一些代表性的多孔材料在汞離子傳感檢測(cè)和吸附分離方面的應(yīng)用。從各自獨(dú)特的結(jié)構(gòu)角度出發(fā),在材料設(shè)計(jì)角度探討了這些體系用于汞污染處理時(shí)的機(jī)理,分析了不同材料在汞離子檢測(cè)和分離應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。最后,作者詳細(xì)闡述了這四種功能材料體系在檢測(cè)和分離汞離子的領(lǐng)域遇到的瓶頸問題、面臨的挑戰(zhàn)以及發(fā)展的方向和前景。
圖2. 金屬納米材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖3. 碳點(diǎn)納米材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖4. 超分子聚合物材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖5. (A)兩親性交替共聚物自組裝的囊泡體系在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用;(B)基于超分子組裝誘導(dǎo)熒光增強(qiáng)機(jī)制的超分子體系在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖6. 金屬共軛的聚合物材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖7. 其他的聚合物材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖8. 基于暗態(tài)跨鍵能量轉(zhuǎn)移機(jī)制的聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖9. 其他的聚集誘導(dǎo)發(fā)光體系在汞離子檢測(cè)中的應(yīng)用
圖10. 金屬-有機(jī)框架體系在檢測(cè)分離汞離子中的應(yīng)用
圖11. (A-B)富胸腺嘧啶單鏈DNA修飾的二維金屬-有機(jī)框架體系在汞離子檢測(cè)和分離中的應(yīng)用;(C-E)硫醚修飾的共價(jià)有機(jī)框架材料在汞離子檢測(cè)分離中的應(yīng)用
圖12. 共價(jià)有機(jī)框架體系在汞離子檢測(cè)分離中的應(yīng)用
圖13. 羅丹明6G修飾的硅材料在汞離子檢測(cè)分離中的應(yīng)用
圖14. 其他的多孔材料在汞離子檢測(cè)分離中的應(yīng)用
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202006168
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