商洛学院王以寿团队Sci. China Chem.：咪唑鎓基阳离子聚合物用于高效捕捉水溶液中重铬酸根

鞣革、电镀、采矿、医药、钻探等工业生产中产生的大量高价铬废水，对人类健康和环境构成了重大威胁。目前，缓解这一问题的方法主要包括化学沉淀、反渗透、离子交换和颗粒活性炭吸附等。如何在复杂的应用情景中保持吸附剂结构的稳定性，以及在不牺牲吸附剂性能的情况下，实现吸附剂的低成本还原再生是亟待解决的科学问题。近日，商洛学院化学工程与现代材料学院教师王以寿博士报道了一类咪唑鎓基阳离子聚合物吸附剂（图1），这类吸附剂为2~5 μm的球状结构，具有较高的比表面积和孔隙率。聚合物骨架中修饰了高密度的咪唑鎓盐单元，主体结构呈正电性，具有丰富的抗衡阴离子（溴离子），可以通过抗衡阴离子交换过程，高效吸附污水中的重铬酸根。研究人员利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、BET比表面积分析、高分辨率扫描电子显微镜（HRSEM）成像和固态核磁共振（SSNMR）、紫外-可见光谱（UV-Vis ）等技术对吸附剂的结构组成、性能参数和作用机制进行了详细探究。

图1. 咪唑鎓基阳离子聚合物吸附剂合成路线及部分表征

吸附实验表明，此类吸附剂对水溶液中重铬酸根的饱和吸附量高达423 mg/g，吸附速率超过75 mg/(g•min)，优于目前文献中报道的大多数同类型吸附材料。值得一提的是，该材料在pH =2~10的范围内均可以稳定工作，可以克服10倍浓度的F^-、Cl^-、Br^-、SO₄^2-和NO₃^-等工业污水中常见的其他离子的干扰（图2）。此外，柱层析实验表明，被吸附的重铬酸根可以稳定与吸附剂结合，清水浸泡或冲洗不会脱附。吸附饱和的吸附剂可以使用浓盐水淋洗，从而实现快速还原再生，循环“吸附-脱附”10次后，吸附剂的性能未发生明显改变。此类新型吸附剂合成工艺简单、成本较低，在废水中阴离子污染物捕捉、富集中具有很强的实用性，为工业生产中高价铬废水的处理提供了一种可持续且高效的解决方案。

图2. 咪唑鎓基阳离子聚合物吸附剂用于快速高效捕获水溶液中的重铬酸根

该项成果发表在国际知名学术期刊Science China Chemistry 上。商洛学院化学工程与现代材料学院青年教师王以寿博士为本论文第一作者和通讯作者，西北大学“功能分子与能源材料”国际联合实验室韩英锋教授为共同通讯作者。该项目受到陕西省自然科学基础研究计划、陕西基础科学（化学、生物学）研究院科学研究计划项目、陕西省尾矿资源综合利用重点实验室和陕西省矿产资源清洁高效转化与新材料工程研究中心的大力支持。

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Imidazolium-Based Ionic Polymers for Fast and Efficient Anion-Exchange Driven Capture of Cr₂O₇^2-

Yi-Shou Wang, Xiao-Nan Yuan, Xing-Xing Gou, Xia-Tian Song, Xiaogang Wang, Ling Guo, Yanfeng Liu, Chengfang Qiao, Chunsheng Zhou, Ying-Feng Han

Sci. China Chem., 2024, DOI: 10.1007/s11426-024-2401-5