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吉林大学杨英威教授课题组《Adv. Funct. Mater.》综述:功能材料用于选择性检测和分离汞离子的研究进展
2020-09-21  来源:高分子科技

  重金属离子的滥用导致的人类疾病和环境污染已成为全球公共卫生的主要问题之一。汞离子作为一种剧毒污染物,不仅会破坏人体的新陈代谢,而且会损伤中枢神经系统和免疫系统,对人类生命健康构成严重威胁。因此,以设计合成环保、高效和经济的材料为基础,开发新的方法用于检测和去除汞离子对解决汞污染问题具有重大意义。


  近日,吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授团队撰写了题为“Recent Progress in Functional Materials for Selective Detection and Removal of Mercury(II) Ions”的综述文章,梳理总结了基于纳米材料、聚合物材料、聚集诱导发光材料和多孔材料的四种功能材料在汞离子检测和分离中的最新研究进展,并论述了这四种功能材料应用于汞离子污染治理领域的发展前景,以及面临的机遇和挑战。该论文最近在线发表在Wiley出版社的Advanced Functional Materials期刊上(2020, DOI: 10.1002/adfm.202006168)。


图1. 基于纳米材料、聚合物材料、聚集诱导发光材料和多孔材料的四种功能体系用于汞离子检测和分离的概括图


  传统的汞离子检测体系存在成本高、稳定性差、灵敏度低、响应时间长、去除率小等缺点。而汞离子的处理则要求材料具备环保、经济和可回收利用的性能,并能够对重金属离子进行高选择性的检测和极高效的分离。因此,近年来经过科研工作者的不断努力和探索,纳米材料、聚合物材料、聚集诱导发光材料和多孔材料这四类代表性的先进功能体系在汞离子检测和分离方面的应用被大量报道,它们在处理汞离子污染中表现出了检测限低、灵敏度高、选择性强和吸附容量大等优势。


  作者首先概述了四种代表性的体系在汞离子检测中各自具备的特点和优势,随后分四个部分详细介绍了这四种体系在汞离子处理领域的应用。第一部分从金属纳米材料和碳点纳米材料两个方面对纳米材料在汞离子处理中的应用进行介绍,包括它们的结构特征,以及这类材料对汞离子检测的机理;第二部分介绍了聚合物材料,包括超分子聚合物、金属共轭的聚合物和其他聚合物,在实际应用于水体系汞离子检测时存在的优势,并详细探讨了这类体系的检测机制;第三部分是新兴的聚集诱导发光材料,重点介绍了这类材料在处理生物体富集的汞方面具有高灵敏度、强选择性和显著的实际应用价值;第四部分介绍了多孔材料,包括金属-有机框架材料、共价有机框架材料和其他的一些代表性的多孔材料在汞离子传感检测和吸附分离方面的应用。从各自独特的结构角度出发,在材料设计角度探讨了这些体系用于汞污染处理时的机理,分析了不同材料在汞离子检测和分离应用中的优缺点。最后,作者详细阐述了这四种功能材料体系在检测和分离汞离子的领域遇到的瓶颈问题、面临的挑战以及发展的方向和前景。


图2. 金属纳米材料在汞离子检测中的应用


图3. 碳点纳米材料在汞离子检测中的应用


图4. 超分子聚合物材料在汞离子检测中的应用


图5. (A)两亲性交替共聚物自组装的囊泡体系在汞离子检测中的应用;(B)基于超分子组装诱导荧光增强机制的超分子体系在汞离子检测中的应用


图6. 金属共轭的聚合物材料在汞离子检测中的应用


图7. 其他的聚合物材料在汞离子检测中的应用


图8. 基于暗态跨键能量转移机制的聚集诱导发光材料在汞离子检测中的应用


图9. 其他的聚集诱导发光体系在汞离子检测中的应用


图10. 金属-有机框架体系在检测分离汞离子中的应用


图11. (A-B)富胸腺嘧啶单链DNA修饰的二维金属-有机框架体系在汞离子检测和分离中的应用;(C-E)硫醚修饰的共价有机框架材料在汞离子检测分离中的应用


图12. 共价有机框架体系在汞离子检测分离中的应用


图13. 罗丹明6G修饰的硅材料在汞离子检测分离中的应用


图14. 其他的多孔材料在汞离子检测分离中的应用


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202006168

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(责任编辑:xu)
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