近日，同济大学环境科学与工程学院邓子龙副教授在环境领域著名学术期刊Carbohydrate Polymers上发表了题为“MIL-100-Fe self-assembled cellulose nanofibers sponge for Diclofenac cascade encapsulation”的研究论文。
匹配的窗口尺寸使MIL-100-Fe非常适用于处理PPCPs类有机污染物，然而粉末状的赋存形态及单一的孔径分布使其在分子动态吸附过程中存在动力学滞后及活性位点利用率低等问题。针对此问题，本研究首先借助改性纤维素纳米纤维（TCNF）的空间锚定作用、限域效应及模板效应在常温常压下以水为唯一溶剂成功制备了具有典型分子筛结构的杂化超四面体晶型MIL-100-Fe，并通过自组装镶嵌策略赋予其以气凝胶的分层孔隙结构。
针对PPCPs的吸附机制，本研究通过实时原位监测反应过程中的气凝胶与污染物溶液之间的电压差变化，并自主设计了液体传输实验及封装洗脱实验以可视化污染物在气凝胶内部的富集、传输及解吸过程，并利用击穿电压、DFT计算、晶体建模、受力分析及化学表征等手段在分子扩散层面对三维复合材料吸附污染物的多元机制提出了新的见解：
（1）天线效应：导电性/电子传输能力的差异诱导MOF镶嵌型气凝胶产生的寄生电容加速了污染物到气凝胶表面的富集过程；
（2）减阻滑动：亲水性的差异使MOF与TCNF交联界面存在一定的拉普拉斯压力差，因而推动污染物自气凝胶表面向MOF扩散，同时丰富的TCNF支链因其超亲水性而捕集水分子从而形成润滑层降低了污染物的扩散阻力；
（3）尺寸封装：MIL-100-Fe中窗口尺寸不同的两种笼状孔（8.6* 8.6Å & (4.8 * 5.8 Å）可确保污染物分子在拉普拉斯压力差驱动下进入MOF内却无法轻易脱离，从而实现“囚笼封装”；
（4）迷宫机制：由高长径比TCNF高度纠缠网络构筑的“气凝胶迷宫”则为功能吸附材料MOF提供了复杂扩散路径，加大了被吸附污染物的解吸阻力。
最后，本研究对使用后复合气凝胶的生物相容性及自然降解性进行了研究，确保了其可通过简单的填埋处置在24h内被完全降解且不会产生生物毒性。同时，复合气凝胶还可通过原位化学还原技术迅速转化为零价铁气凝胶并对其吸附的污染物实现同步降解。
https://mp.weixin.qq.com/s/4GjI1NbNRwxRM5_chLg-QA
