側鏈工程COF膜，有效去除水中痕量有機污染物
近年來，有機染料和新出現的痕量有機污染物（TrOCs）等有機污染物對天然水道和水生生態系統的影響日益嚴重，對人類健康和水生環境的健康造成了潛在威脅，這引起了人們的極大關注。特別值得關注的是TrOCs，這是一類目前缺乏相關環境管理政策或排放標準的污染物。這些污染物包括類固醇激素、植物雌激素、干擾內分泌的化學品、藥物和個人護理產品、工業化學品、消毒副產品和殺蟲劑等。由于分子量小、毒性大、耐久性強，TrOCs 很難從水生環境中去除。膜技術為從水環境中去除這些污染物提供了一種前景廣闊的可持續方法。然而，大多數商用膜的孔徑大于大多數痕量有機污染物的分子尺寸，因此實現有效攔截具有挑戰性。
目前的COF膜在剔除水和有機溶劑中的污染物（如染料、藥物和水合離子）方面表現出卓越的能力。然而，COF 骨架由通常為 0.8 至 5 納米的構建單元組成，其固有的孔徑給通過 COF 通道識別較小的 TrOC 帶來了挑戰。如圖 1a-c 所示，到目前為止，有三種方法可以提高 COF 通道對小分子的攔截能力。在第一種策略（圖 1a）中，研究人員嘗試構建MOF/COF、COF/COF或一維纖維素納米纖維@COF 的雙層膜，這可以提高分離性能，因為在兩個不同層之間的界面上會發生相互作用。第二種策略（圖 1b）是將二維 COF 垂直放置在基底上，并利用 COF 較小的層間距（約 0.3-0.4 nm）進行小分子轉移。然而，通過這兩種策略制備的膜主要用于氣體分離或滲透，而對水中有機污染物去除的研究很少。這可能是因為膜孔徑太小，導致膜對水的通量較低或幾乎沒有通量。第三種方法（圖 1c）涉及通過嚴格的自下而上合成或合成后處理在 COF 孔引入官能團來縮小孔徑。雖然這被認為是 COF 材料的主要優勢之一，但實驗證明仍很少見。
在此，南京理工大學張根教授、蘇冠勇教授聯合蘭州大學王銳院士共同提出了一種側鏈工程策略，通過在孔面引入不同長度的烷基鏈來調控共價有機骨架膜從介孔到微孔的孔徑。烷基鏈添加的共價有機框架（COF）膜能有效攔截各種有機污染物，包括檸檬酸酯、硝基環芳烴、有機磷酸酯和小至 0.35 nm的農藥，截留率超過 99%，相應的通量高于 110 kg m-2 h-1 MPa-1。這項工作為有效去除水資源中不同類型的有機污染物提供了一條途徑，從而確保我們的供水安全和可持續發展。相關成果以“Covalent organic framework membrane for efficient removal of emerging trace organic contaminants from water”為題發表在《Nature Water》上，第一作者為Tongtong Liu。
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