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廣西大學(xué)林寶鳳教授團(tuán)隊(duì) CEJ:基于Fe-MOFs納米酶催化活性的柔性纖維復(fù)合功能材料用于高效的用水點(diǎn)消毒
2024-05-09  來源:高分子科技

  隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)健康生活的要求不斷提高,對(duì)清潔水的需求也在增加。然而在欠發(fā)達(dá)國家和貧困農(nóng)村地區(qū),由水傳播病原體引起的疾病感染日益嚴(yán)重,集中式自來水處理設(shè)施難以滿足許多農(nóng)村地區(qū)的用水清潔需求。此外,在緊急情況(如自然災(zāi)害)和戶外活動(dòng)(如遠(yuǎn)足和探險(xiǎn))中的人們?nèi)匀挥锌赡苄枰o急使用野外水源。使用點(diǎn)(POU)水處理作為一種經(jīng)濟(jì)有效的水殺菌方法,是解決上述場(chǎng)景用水問題的最佳解決方案。POU水消毒的常用方法包括紫外線(UV)輻射、化學(xué)消毒和膜過濾。紫外線消毒不僅需要在設(shè)備上投入大量資金,消耗大量能源,而且也難以去除水中較大的懸浮顆粒;瘜W(xué)消毒是最常見的水消毒方法之一。雖然沒有能耗問題,但會(huì)生成鹵代乙酸和三氯甲烷等有害物質(zhì)構(gòu)成致癌風(fēng)險(xiǎn)。因此,設(shè)計(jì)更加安全、有效、方便的POU水消毒功能材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。


  基于上述背景,廣西大學(xué)林寶鳳教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了一系列具有催化產(chǎn)生ROS?OHO2?-)功能的Fe-MIL-101@柔性纖維復(fù)合材料(圖1)。該工作創(chuàng)新性地將納米酶ROS催化的殺菌功能引入水消毒處理中,通過原位交聯(lián)法將Fe-MIL-101納米酶生長在羧甲基纖維素(濾紙、棉、紗布)上,以作為一類具有抗菌、耐用和生物安全的POU水消毒模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Fe-MIL-101納米酶在柔性纖維基底上成功交聯(lián)生長且結(jié)合穩(wěn)定,這證明了該方法的廣泛適用性。Fe-MIL-101@CMFP復(fù)合濾紙后續(xù)研究表明,Fe-MIL-101@CMFP復(fù)合濾紙表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能和殺菌效果。Fe-MIL-101 MOFs納米酶與CMFP纖維結(jié)合良好,且不影響濾紙的柔韌性、拉伸強(qiáng)度和過濾性能(圖2。Fe-MIL-101@CMFP復(fù)合濾紙具有優(yōu)良的過氧化物酶和氧化酶模擬活性(圖3,可催化極低濃度的H2O2200 ppm)產(chǎn)生?OHO2?-殺死水中的細(xì)菌,濾紙殺菌率可達(dá)99%以上(圖4,并且對(duì)條件復(fù)雜的野外污水也有較好的過濾殺菌效果。此外,作為飲用水過濾和消毒的材料,它表現(xiàn)出較高的生物安全性。本研究拓展了MOFs納米酶和纖維素在水消毒處理中的應(yīng)用,為POU水過濾材料的開發(fā)提供了新的思路。

 

一系列Fe-MIL-101@柔性纖維復(fù)合材料的制備


 Fe-MIL-101@CMFP的拉伸、柔性、穩(wěn)定性和過濾性能


 Fe-MIL-101@CMFPROS催化性能


 Fe-MIL-101@CMFP的催化殺菌活性


  該工作以“Flexible fiber composite functional materials based on Fe-MOFs nanozyme catalytic activity for efficient point-of-use water disinfection”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上(DOI: 10.1016/j.cej.2024.151879)。廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士生付浩李昊為該論文的共同第一作者,通訊作者為廣西大學(xué)林寶鳳教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(22175045)和廣西自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2021GXNSFDA220005)的資助。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151879

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