百草枯(PQ)和敌草快(DQ)等微量除草剂具有高水稳定性和强吸附性,因此从水中快速去除这些除草剂既紧迫又具有挑战性。
2025年3月6日,苏州大学陈冬赟、徐庆锋、路建美团队在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为《Engineered Polymeric Microspheres with Synergistic Hydrogen-Bonding Nanotraps and Multi-site adsorption for Ultrafast Herbicide Decontamination》的研究论文,Jicai Jiang、Haibo Wan为论文共同第一作者,陈冬赟、徐庆锋、路建美为论文共同通讯作者。
陈冬赟,苏州大学教授,国家优青。2007年6月和2012年6月毕业于苏州大学,分别获工学学士学位和工学博士学位。期间获国家留学基金委资助作为联合培养博士于2010年8月至2011年8月在新加坡国立大学学习。2012年9月至2013年9月进入新加坡国立大学进行博士后研究。随后加入苏州大学,2015年晋升副教授,2018年晋升教授。
陈冬赟教授长期从事新型微纳复合材料的构建及其在环境修复领域的应用研究,共发表SCI/EI论文160余篇,他引4200余次。近五年来以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等知名国际期刊发表SCI 论文70余篇;获授权中国发明专利36项,美国发明专利11项。2017年获国家自然基金优秀青年科学基金资助,主持国家自然科学面上基金、重点研发计划课题、江苏省高校重大项目等各级项目多项;作为主要完成人获国家技术发明奖二等奖(2019年、2014年)、江苏省科学技术一等奖(2017年)等多项奖励。
徐庆锋,苏州大学教授。1993年于苏州大学本科毕业获学士学位,1996年于苏州大学获硕士学位并留校工作,2004年于苏州大学在职获博士学位。2005年晋升副教授,2009-2010年期间以访问学者身份赴新加坡国立大学学习, 2011年任教授。
徐庆锋教授长期从事功能纳米材料合成及在水体、土壤治理方面的应用研究。在国内外著名化学期刊如Adv. Mater.,Chem. Eng. J.,ACS Catal.,Appl. Catal. B Environ.,J. Hazard. Mater.,ACS Appl. Mater. Interfaces,J. Colloid Interface Sci.,Sep. Purif. Technol.,Polym. Chem.,J. Mater. Chem. C,Chem. Commun.等发表论文近百篇。获得国家技术发明奖一项(2014年,排名第二)。2006年以来,主持国家重点研发计划课题1项,国家自然科学基金3项,国家科技基础研究子课题1项,江苏省重点研发计划1项,江苏省教育厅重大研究项目2项;主要参加国家自然科学基金重点项目2项,国家重点研发计划1项。
路建美,苏州大学教授,俄罗斯工程院外籍院士、英国皇家化学会会士、国家重点研发计划首席科学家、国家发改委“环保功能吸附材料制备技术国家地方联合工程实验室”和科技部“智能纳米环保新材料及检测技术国际联合研究中心”两个国家级平台负责人。1982年获得江苏师范学院(现苏州大学)学士学位后留校任教 ,1994年获得华东师范大学硕士学位;1995年8月-2000年6月任苏州大学副教授,1999年获得浙江大学博士学位,1999年-2002年任苏州大学化学化工学院院长,2000年6月起任苏州大学教授,2020年当选为俄罗斯工程院外籍院士 ,2024年11月,获得第六届杰出工程师奖。
路建美教授长期从事化工吸附分离新材料构建及其在化工行业液相/气相污染物分离回收与净化处理以及在特种医学防护领域的应用研究。主持国家自然科学基金重点项目(2项)、国家重点研发计划(2项)、国家科技支撑计划(2项)、国家国际科技合作专项、国家“863”计划重点项目、环境保护部公益性行业科研专项等各级纵向科技项目超过60项。获国家技术发明奖二等奖(2项)、国家科技进步奖二等奖、教育部自然科学奖一等奖、江苏省科学技术奖一等奖(2项)、中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖等省部级以上奖项16项;以第一/通讯作者在Nat. Commun. ,JACS,Adv. Mater. ,Angew. Chem. Int. Ed. 等期刊发表SCI论文400余篇,主/参编专著7部;获授权发明专利165项(美国专利33项),技术转化40项。
在此,研究团队开发了一种基于氢键纳米陷阱的多点吸附机制,能够高效去除PQ和DQ。两种交联聚合物微球,βCD-PF和γCD-PF,均以环糊精(CDs)和六氟环三磷腈(HFP)为原料合成。
其中,γCD-PF微球在孔表面具有丰富的氢键纳米陷阱,对PQ和DQ的吸附动力学常数分别高达127.09和192.64 g mg-1 min-1,在5秒内实现了对PQ和DQ的99%去除效率。γCD-PF对PQ和DQ表现出卓越的选择性,即使在存在更大竞争性染料的情况下也能有效吸附。
重要的是,痕量(1 ppm)PQ同样可以用γCD-PF进行有效处理,且在30秒内就能达到远低于美国环保署(EPA)标准(0.003 ppm)的浓度。这种超快速吸附是由多点机制驱动的:HFP提供的静电和π-π相互作用促进了吸附物在CD表面的积累,而γCD-PF中高密度的氢键纳米陷阱增强了氢键强度,从而实现了快速捕获。
综上,该研究开发了一种基于氢键纳米陷阱和多点吸附机制的聚合物微球(γCD-PF),用于快速去除水中的百草枯和敌草快。通过将环糊精与六氟环三磷腈交联,构建了具有高密度氢键纳米陷阱的聚合物微球,实现了对百草枯和敌草快的超快速吸附,并在5秒内实现99%的去除效率。
该研究成功开发了一种高效的聚合物微球吸附剂,能够在极短时间内去除水中的有害除草剂,展现出卓越的选择性和可重复使用性。这一成果不仅为设计用于快速去除水中污染物的吸附材料提供了新思路,还为应对全球性水污染问题提供了极具潜力的解决方案。
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