Sep. Purif. Technol.：室温合成氟化共价有机框架修饰的超疏水海绵用于高效溢油清理

石油贸易在世界各国的经济发展中发挥着重要的作用，然而，与石油运输伴随产生的海洋溢油和含油污水已经对社会经济、生态健康甚至是生命安全构成了严重的威胁。尽管化学分散、受控燃烧、撇油和生物修复等传统的油水分离方法已被广泛用于溢油的应急处理，但是它们存在二次污染、能源消耗大和分离效率低等问题。吸附离因具有操作简单、资源可回收利用、环境友好等优点被认为是一种最直接有效的处理方法。因此，开发具有大吸附容量和高油水选择性的吸附材料是缓解当前溢油污染的关键。

近期，福州大学林子俺研究员（点击查看介绍）课题组通过在海绵基底上均匀引入低表面能的氟化共价有机框架（COFs）分层微/纳米颗粒，制备了一种具有超疏水性的溢油吸附海绵（MS@COFs-F4）用于高效油水分离（图1）。相关成果发表在国际学术期刊Separation and Purification Technology 上。

图1. MS@COFs-F4的溢油吸附过程示意图

本文利用室温浸渍技术，以醛单体（TFTA）和胺单体（TAPT）为构筑单元，结合三聚氰胺海绵，将氟化COFs颗粒直接修饰在海绵骨架上，制备了一种具有低表面能的超疏水海绵（MS@COFs-F4）（图2）。MS@COFs-F4对水滴具有超低的粘附性，而对油滴具有极高的吸附性（图3a）；同时，MS@COFs-F4还具有优异的化学和热稳定性（图3b-d）。

图2. MS@COFs-F4制备及油水分离过程示意图

图3. （a）水滴和油滴在MS@COFs-F4表面上的动态接触过程；（b）MS@COFs-F4在不同溶液中处理24 h的照片；放置24 h后取出测得的（c）红外光谱图和（d）水接触角柱状图

作者将MS@COFs-F4用于油类/有机溶剂的吸附和油水混合物的分离。MS@COFs-F4对不同粘度的原油和有机溶剂的吸附容量达到68.5-125.9 g/g，可多次重复使用，油水分离效率超过97.0%。而且，按比例增加反应物用量即可轻松获得大尺寸MS@COFs-F4，将其应用于模拟海上溢油的去除，也取得令人满意的效果（图4）。

图4. MS@COFs-F4的（a）吸附容量、（b）重复使用性和（c）油水分离效率；（d）油水分离过程图；（e）大型MS@COFs-F4在水中吸附原油的过程图

进一步，作者测试了MS@COFs-F4的自清洁性能和阻燃性能。通过用水滴冲洗覆盖灰尘的MS@COFs-F4表面，可以观察到灰尘被水滴包裹，并随之滚落，未对MS@COFs-F4的孔结构造成影响，说明其表面的微纳级COFs突起形成了典型的“莲花效应”，赋予了其出色的自清洁性（图5a、b）。阻燃性则是通过评价MS@COFs-F4和MS的燃烧行为获得的。将二者分别燃烧30 s后，观察到MS@COFs-F4的残余尺寸（2.0 × 2.0 × 2.0 cm）明显大于MS的残余尺寸（1.2 × 1.2 × 1.2 cm），说明COFs的负载增强了其阻燃性能（图5c、d、e）。本研究的目的是为海上溢油和含油废水的处理提供一种安全高效的吸附分离材料。

图5. （a、b）MS@COFs-F4的自清洁性能；（c、d、e）MS@COFs-F4的阻燃性能

该研究工作得到了山东省科技创新重大专项（2021CXGC010705）的资助，作者在此表示感谢！

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Room-temperature synthesis of fluorinated covalent organic framework decorated superhydrophobic sponges for highly efficient crude oil spill cleanup

Jinghan Dong, Wenjun Zheng, Yixin Yang, Shaofeng Dong, Songtao Li, Yanhui Zhong*, Yu He, Zongwei Cai and Zian Lin*

Sep. Purif. Technol., 2024, DOI: 10.1016/j.seppur.2024.127314

研究团队简介

林子俺 研究员/博导，课题组长期从事复杂样品前处理、色谱、生物质谱基础理论及新技术开发研究。先后主持包括国家自然科学基金（22274021、21974021、21675025、21375018、21005018）在内的20多项科研项目，作为核心骨干参与国家基金委重点研究计划、科技部重点研究计划、国家基金委重大研究计划集成项目、山东省重点研究计划等项目的研究。2016年和2020年分获中国分析测试协会科学技术一等奖和特等奖。迄今，以第一或通讯作者身份发表SCI论文120余篇，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Chem. Sci., Mass Spec. Rev., Anal. Chem.等化学/材料学科国际权威期刊，他引4900余次，H-index 39，多篇论文入选高被引、热点或封面文章，授权国家发明专利14项。

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