基于聚硫代氨基脲的动态螯合膜：高选择性汞吸附材料的设计与性能研究

为解决水体汞污染治理中传统吸附剂功能化步骤繁琐、选择性不足的问题，研究人员开发了基于聚硫代氨基脲（PTSC）的新型功能膜材料。该研究通过相转化法构建不对称多孔结构，实现1418 mg/g的超高Hg2+吸附容量，在动态过滤中展现93-99%的去除率，并证实其对Hg2+的选择性遵循硬软酸碱（HSAB）理论。该成果为水处理提供了免修饰、可再生的高效吸附平台。

　　

汞污染是全球性环境挑战，尤其在水体中，即使微量汞离子（Hg²⁺）也会通过食物链富集引发神经毒性。现有吸附材料普遍存在两大瓶颈：一是需后期嫁接螯合基团导致工艺复杂，二是传统填充床吸附剂受扩散限制效率低下。针对这些问题，研究人员在《Reactive and Functional Polymers》发表的研究中，创新性地将硫代氨基脲配体直接嵌入聚合物主链，开发出具有本征螯合功能的聚硫代氨基脲（PTSC）膜。

研究采用相转化法制备不对称多孔膜，结合批量吸附实验和动态过滤测试。酸性条件下（pH≈2）的吸附实验显示，PTSC膜对1000 ppm汞溶液的吸附量达1418 mg/g，远超多数报道材料。动态实验中，10 ppm低浓度汞溶液单次过滤去除率超93%，选择性系数对Cu²⁺、Cd²⁺等竞争金属达10²-10³量级。再生实验证实，0.1 M硫脲溶液可恢复99%吸附容量，循环5次后性能无衰减。

膜结构表征
通过扫描电镜揭示的指状孔-海绵层双结构，赋予材料高渗透通量（>500 L/m²·h·bar），突破传统吸附剂的扩散限制。

吸附机制解析
X射线光电子能谱证实汞与硫、氮原子形成稳定配位键，吸附过程符合Langmuir模型，每个硫代氨基脲单元可结合1.54个Hg²⁺，印证了HSAB理论中软酸（Hg²⁺）与软碱（硫醇基）的强亲和力。

实际应用验证
模拟电镀废水处理显示，膜装置在连续运行24小时后仍保持90%以上截留率，处理量达1200 BV（床体积）。

该研究开创了"结构-功能一体化"设计范式：PTSC的重复单元既是结构组分又是活性位点，这种分子工程策略避免了繁琐的后修饰流程。相较于需要额外功能化的活性炭或树脂，PTSC膜将吸附容量提升3-5倍，且机械强度满足压力驱动操作。研究为工业废水深度除汞提供了新思路，其"即用型"特性尤其适合突发性汞污染应急处理。未来通过调控配体电子云密度，该平台还可拓展至其他重金属的靶向捕获。