用于吸附染料和油水分离的聚苯胺纳米结构

目前，水体被染料、工业废油和润滑剂污染，造成严重的环境问题。选择合适的材料治理这些污水极其重要。聚苯胺纳米管比表面积大，具有空心的管状和多孔结构，是出色的吸附材料，可用于水体净化。目前大量文献报道了用硬模板法制备聚苯胺纳米结构，却没有关于用软模板法制备聚苯胺纳米结构的文献报道，尽管软模板法能简单、高效、廉价和稳定地大规模制备聚苯胺纳米结构。

印度科学培养协会的Sudip Malik（通讯作者）等人通过简单的聚合反应大规模制备聚苯胺纳米结构用于治理污水。聚苯胺纳米结构对染料靛蓝胭脂红（IC）的吸附效率能达到约300 mg/g。而且，研究人员循环利用聚苯胺纳米结构，能多次吸附染料。此外，聚苯胺纳米结构的油水分离的效率大于98%。上述成果发表于期刊ACS Appl. Polym. Mater.上。

苯胺在掺杂剂（B2CA、B3CA和B4CA）和过硫酸铵（APS）的作用下发生聚合反应，经过简单的后处理后，形成深绿色粉末状的聚苯胺纳米结构（B2CAP、B3CAP和B4CAP）。研究者通过FESEM观察到三种聚苯胺纳米结构的形貌都为管状纤维和得出三种纤维的长度和直径，并通过计算确定B4CAP纤维的长径比（长度/直径）最大。它们还用FTIR证实了聚苯胺的生成。

聚苯胺纳米结构的合成的原理图。图片来源：ACS Appl. Polym. Mater.

三种聚苯胺纳米结构中，B4CAP吸附IC的能力高达约300 mg/g，比另外两种结构的吸附能力高。研究人员认为这归因于聚苯胺纳米结构的长径比。B4CAP纤维的长径比最大，呈现均一的管状形貌，比表面积最大，吸附能力最强。BET研究证实B4CAP纤维的比表面积大于B2CAP纤维和B3CAP纤维的比表面积。B4CAP吸附IC的效率能达到100%，B4CAP用量和IC质量的最佳比例为3.5:1。

B4CAP的吸附IC的性能（图a-c）和示意图。图片来源：ACS Appl. Polym. Mater.

研究人员用B4CAP对刚果红（CR）、铬黑 T（EBT）、甲基橙（MO）、IC、PRSA、亚甲基蓝（MB）和结晶紫（CV）这七种染料进行吸附，发现B4CAP吸附染料的速率取决于染料分子所带的电荷和染料分子的尺寸。除了MB和CV之外的其它染料的分子所带的电荷都由磺酸基提供。分子尺寸较小、带有两个负电荷的IC被吸附得最快。和IC分子尺寸相当的EBT和MO分子只带有一个负电荷，被吸附的速率低于IC。虽然PRSA和CR分子均带有两个负电荷，但它们分子尺寸最大，扩散速率较低，因而被吸附的速率比EBT和MO低。MB和CV分子带正电荷，被吸附的速率最慢。总的来说，这七种染料被吸附的速率的高低的顺序为IC > MO ≥EBT > CR ≥PRSA > MB ≈ CV。

B4CAP对不同染料的吸附的对比。图片来源：ACS Appl. Polym. Mater.

聚苯胺纳米结构吸附染料后，依次经过稀氨水、酸和水的清洗后，能重新用来吸附染料，具有可循环性。B4CAP经过5次吸附和清洗的循环后，吸附IC的效率为85%。

B4CAP吸附染料的可循环性图片来源：ACS Appl. Polym. Mater.

此外，聚苯胺纳米结构由于含有大量胺基和亚胺基，因而可用于油水分离。在甲苯和水的分离过程中，水依靠重力轻易地渗透B4CAP，而甲苯不能渗透B4CAP。整个过程只重力驱动，无需外力和高电压，因而具有高效能的特点。研究人员用包括甲苯在内的多种油性物质进行油水分离的研究，发现分离效率均在94%以上。

综上，研究人员制备了聚苯胺纳米结构用于吸附染料和油水分离。这种聚苯胺纳米结构能在多个场合发挥作用，包括吸附染料、废水处理、燃料纯化和乳浊液的分离。

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Network of Polyaniline Nanotubes for Wastewater Treatment and Oil/Water Separation

Sanjoy Mondal, Utpal Rana, Puspendu Das, Sudip Malik*

ACS Appl. Polym. Mater., 2019, 1, 1624-1633, DOI: 10.1021/acsapm.9b00199

（本文由幻影供稿）