综述:多孔环糊精聚合物在水处理中的最新进展

【字体: 时间:2025年05月30日 来源:Coordination Chemistry Reviews 20.3

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  这篇综述系统总结了多孔环糊精聚合物(P-CDP)在水处理领域的研究进展,重点探讨了其制备方法(如刚性交联剂构建介孔结构)、性能优化策略(调控孔径、电荷、疏水性等)以及高效去除有机微污染物(如抗生素、PFAS、染料等)的应用潜力。文章指出P-CDP兼具高比表面积(SBET=263 m2/g)和快速吸附特性,为可持续高值水处理提供了新思路。

  

Abstract
环糊精(CD)凭借其疏水空腔捕获有机污染物的特性,在水处理中发挥重要作用。然而传统柔性交联剂制备的非多孔环糊精聚合物(如EPI-CDP)存在比表面积低(SBET=23 m2/g)、吸附速率慢等缺陷。2016年William R. Dichtel团队开发的刚性交联多孔β-环糊精聚合物(P-CDP)具有类活性炭的介孔结构(1.8–3.5 nm)和高比表面积(263 m2/g),可快速去除水中混合有机微污染物。

Introduction
21世纪水污染问题日益复杂,从传统重金属、染料到新兴抗生素、内分泌干扰物等,推动吸附材料迭代。P-CDP凭借共价键网络稳定性、主客体相互作用易再生等优势,成为环境修复研究热点。

Classification
天然CD分为α-、β-、γ-型,其中β-CD因成本低、空腔尺寸适宜(0.79 nm深)最常用。通过四氟对苯二甲腈等刚性交联剂可构建三维多孔网络,显著提升材料动力学性能。

Modification
性能优化路径包括:

  1. 孔径调控——介孔结构加速传质;
  2. 电荷修饰——静电作用增强离子污染物捕获;
  3. 功能化——磁性纳米颗粒(Fe3O4)赋予磁分离特性;
  4. 光催化——TiO2复合实现污染物降解。

Application
P-CDP可高效去除:

  • 有机污染物:PFAS(吸附量>400 mg/g)、染料(亚甲基蓝去除率>95%)
  • 重金属:Cr(VI)(pH响应型吸附)
  • 微生物:通过季铵化改性杀灭大肠杆菌

Conclusion and outlook
当前挑战在于规模化生产成本控制及复杂水体适应性。未来发展方向包括智能响应材料开发、多污染物协同去除系统构建,以及基于机器学习的设计优化。

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