快速吸附和有效分离水体中的有机污染物是污水处理工艺的关键性技术。多孔炭具有生物相容性优良，比表面积较高，以及容易修饰的特性，是去除有机污染物的有效材料。尽管具有微孔、中孔和大孔的碳材料在回收微小有机污染物方面呈现出较好的吸附性能，但是碳材料的再生需要较高的费用，并且容易造成二次污染。同时，碳材料的超疏水性使其难以与水分子发生有效碰撞，俘获水中的微小污染物颗粒效率低。

2018年，中山大学黄哲钢课题组共轭螺旋桨形碳嵌段和亲水性高分子，构筑了超分子多孔嵌段共聚物。嵌段共聚物的组装提高了碳材料在水中的分散性能，高效实现对污水中有机污染物的有效吸附（Advanced Materials, 2018, 1800683）。为了进一步实现对污染物的快速吸附，课题组以超分子多孔聚合物为模板，通过可控交联，构筑二维共价有机聚合物（COPs）和球状卷曲物。相较于二维的COPs，球状卷曲物的空心结构赋予了其超高的吸附容量, 由此提出同时具有较高吸附容量和快速吸附功能的吸附剂的制备方法(Nano Lett.2019, 19, 9131)。

图：(a) 基于TMPTA环状胶体聚合的层状、管状、球状COFs。(b)多维、多尺度COFs对有机污染物的选择性吸附及分离领域的应用。

近日，课题组拓扑超分子组装与识别技术，以六聚合环状胶体、四聚合环状胶体以及二聚合环状胶体为前驱体，通过选择性交联构筑层状、管状和球状共价有机框架（COFs）。基于框架的前驱体-胶体的识别性能，层状COFs能够快速吸附盘状污染物（DB），管状COFs与各向异性污染物（CP）具有较强的相互作用，而球状COFs对短棒或等方性的污染物（MO）呈现快速吸附功能。最后，发展多孔COFs结构的选择性识别，实现对三种污染物的有效分离。此研究结果以“Precisely Controlled Multi-dimensional Covalent Frameworks from the Polymerization of Supramolecular Colloids”为标题，发表在Angewandte Chemie International Edition。

该研究得到国家自然科学基金、广东省杰出青年基金、高等院校青年教师重点培育项目的资助。2015年7月到中山大学工作以来，黄哲钢教授主要围绕着超疏水性介孔材料与超分子功能化在超分子催化、污染物吸附、智能传输与传导领域开展工作。

来源：中山大学

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010306