高选择性汞离子印迹聚合物对水溶液中Hg2+的三步逐步吸附：性能、表征及机制研究

《Journal of Colloid and Interface Science》：Three-step stepwise adsorption of aqueous Hg2+ by highly selective mercury ion imprinted polymers with S/N bis-site: performance, characterization, and mechanism

高效选择性汞离子吸附材料的设计与机理研究。通过表面印迹技术制备硫氮配位聚合物ATU-IIP/SiO?，显著提升比表面积至439 m2/g和孔容8.84 cm3/g，实现汞离子5分钟内吸附率达70%。FTIR和XPS证实硫氮协同配位机制，DFT计算显示汞离子诱导硫双键断裂形成稳定配位结构。材料在含多种干扰离子的实际PVC工业废水中表现出99%以上汞去除效率，循环5次后仍保持84.3%吸附效率。研究建立了多级吸附模型，揭示了表面印迹与载体协同效应对汞吸附性能的关键影响。

　　在当今社会，随着工业的迅速发展，环境污染问题日益严重，其中重金属污染尤为突出。汞（Hg）作为全球关注的重要污染物之一，因其持久性、迁移性和高毒性而备受关注。尤其在废水处理领域，如何高效且选择性地去除汞离子成为环境修复和先进水处理技术的关键挑战。本文研究了基于二齿硫/氮配位的丙烯基硫脲（ATU）功能单体的汞离子印迹聚合物（IIPs），并探索了不同结构策略对汞离子吸附性能的影响。通过比较分析，研究者发现印迹效应和表面印迹在汞离子捕获过程中具有重要作用。实验结果表明，ATU-IIP/SiO?具有更高的比表面积和更开放的多孔结构，这有助于更充分地暴露结合位点，从而显著提高汞离子的吸附性能。

为了深入理解汞离子与印迹材料之间的相互作用机制，研究者利用扫描电子显微镜（SEM）和比表面积与孔隙度分析（BET）等技术对材料的表面形貌和结构特性进行了详细研究。结果表明，ATU-IIP/SiO?的比表面积显著高于ATU-IIP，这与汞离子印迹过程形成的特殊结构有关。此外，汞离子的吸附实验结果显示，ATU-IIP/SiO?表现出一种罕见的分步吸附过程，其吸附容量是ATU-IIP的两倍，并且在5分钟内就能达到平衡吸附量的70%。这说明材料在汞离子的吸附过程中具有优异的性能。

研究者还通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）对汞离子与印迹材料之间的相互作用进行了分析。结果显示，硫/氮含有基团（如CS-NH）在汞离子的配位过程中起主导作用。此外，密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了汞离子在促进CS双键向单键转变中的积极作用，支持了一种双位点协同配位机制。这表明汞离子的吸附不仅依赖于单个位点，还可能涉及多个位点的协同作用。

在实际应用中，研究者评估了印迹材料在多离子共存系统中的选择性和可重复使用性。结果表明，ATU-IIP/SiO?在存在竞争离子的情况下仍能实现84.3%的汞离子去除率，并在五次循环后保持超过80%的回收率。此外，材料在PVC工业废水中表现出超过99%的汞离子回收率，这说明其在复杂废水处理中具有良好的适用性。

研究者还对不同吸附条件下的吸附行为进行了分析，包括pH值的影响、吸附等温线和动力学。实验结果表明，汞离子的吸附容量随pH值的增加而增加，并且在pH值为7时达到最佳状态。同时，汞离子的吸附过程遵循一定的动力学模型，其中汞离子的吸附速率受到表面电荷和扩散过程的影响。通过这些研究，研究者揭示了汞离子在不同环境条件下的吸附机制，并提出了新的模型来描述分步吸附过程。

总的来说，本文通过设计和合成基于ATU功能单体的汞离子印迹聚合物，探讨了不同结构策略对汞离子吸附性能的影响。研究结果表明，表面印迹技术能够显著提高材料的比表面积和孔隙率，从而增强汞离子的吸附能力。此外，汞离子与印迹材料之间的相互作用机制得到了深入研究，为汞离子的高效去除提供了理论依据。最后，研究者评估了材料在实际工业废水中的应用潜力，显示出其在复杂环境中具有良好的选择性和可重复使用性。这些发现为汞污染控制和资源回收提供了新的思路和方法。