突破性氟亲和技术:高效去除顽固PFAS污染的新利器!

文摘   2024-10-09 09:31   四川  
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PFAS热点研究早知道


第一作者:Kaixing Fu


通讯作者:Jinming Luo


通讯单位:上海交通大学



中文标题:了解通过氟-氟相互作用选择性去除全氟烷基和多氟烷基物质:评论.

英文标题:Understanding the Selective Removal of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances via Fluorine−Fluorine Interactions: A Critical Review.

摘要详文

随着全氟烷基物质和多氟烷基物质 (PFAS) 的监管标准变得越来越严格,迫切需要创新的水处理技术来有效去除 PFAS。报道的吸附剂通常对 PFAS 表现出有限的亲和力,并且经常受到竞争性背景物质的阻碍。最近,氟化吸附剂(简称氟吸附剂)已成为一种有效的解决方案,利用氟-氟(F…F)相互作用来提高 PFAS 去除的选择性和效率。本综述深入研究了氟吸附剂的设计和应用,强调了 F·F 相互作用如何提高 PFAS 结合亲和力。具体来说,F·F相互作用的存在导致去除效率比其他对应吸附剂高几个数量级,特别是在竞争条件下。此外,我们对 F·F 相互作用的基本原理进行了详细分析,并阐明了它们与其他吸附力的协同效应,这有助于提高功效和选择性。随后,我们研究了各种氟吸附剂及其合成和氟化技术,强调通过先进的分析方法准确表征F·F相互作用的重要性,并强调这种相互作用在开发选择性吸附剂中的重要性。最后,我们讨论了与采用先进技术指导选择性吸附剂设计相关的挑战和机遇,并倡导进一步研究利用 F·F 相互作用开发可持续且具有成本效益的处理技术。

图文摘要



图文速览

图 1. F···F 相互作用的时间线及其在开发用于去除 PFAS 的氟吸附剂中的应用。



图 2. (a) 卤素···卤素相互作用的分类。(b) 分子间 F···F 接触的几何参数 (d、α 和 T) 的 CSD 搜索和统计分析。


图 3. (a) PFAS 分子在不同类型氟化表面上的吸附机制示意图。(b) 基于 F···F 相互作用和其他相互作用力的协同作用的 PFAS 去除机制。(c) 废氟吸附剂再生示意图(F-F 相互作用与静电力:甲醇/NaCl 混合溶液作为洗脱液)。F-F 相互作用与其他力:甲醇或丙酮基有机溶剂作为洗脱液)。


图 4. 基于 F···F 相互作用设计的不同类型的氟吸附剂。(a) 吸附能力显著增强的 F 氟化无机吸附剂(例如 LDF-CF)和 (b) 氟化有机吸附剂,例如具有不同 PFAS 去除性能的氟核水凝胶和离子氟凝胶。部分转载经参考文献 37 许可。版权所有 2022 Wiley-VCH。(c) 氟化骨架吸附剂,包括 MOF(例如 UiO-66-4F)和 COF(例如 FSQ-1)。(d) 氟化创新吸附剂,例如分子笼(例如 F-Cage 2)和基于 β-环糊精的聚合物。

主要发现

本研究的创新之处在于系统总结了F···F相互作用在选择性去除PFAS中的关键作用,特别是在竞争条件下显著增强了吸附效果。通过详细分析氟亲和吸附剂的设计、合成和氟化技术,作者揭示了如何利用F···F相互作用来提高PFAS的吸附选择性和效率,吸附效果比其他常规吸附剂高出多个数量级。文献还强调了结合先进的分析手段,如核磁共振(NMR)和密度泛函理论(DFT)计算,来进一步理解这些相互作用的机制。这一研究为氟亲和吸附剂的未来设计提供了方向,特别是可持续和成本效益的水处理技术的开发。此外,文献讨论了利用F···F相互作用开发高效吸附剂的挑战和机遇,呼吁更多研究专注于这一新兴领域的实际应用。


文章DOI:10.1021/acs.est.4c06519
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The End


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