多孔β-环糊精聚合物混合基质膜的制备及其对苯并三唑的高效吸附机制研究

为解决纳米粉末吸附剂易流失和二次污染问题，研究人员通过将多孔β-环糊精聚合物（P?CDP）粉末与聚丙烯腈（PAN）结合，开发了一种新型吸附性混合基质膜（P?CDP/PAN）。该膜通过简单的相转化法制备，对苯并三唑（BTA）表现出快速吸附（10分钟饱和）和高容量（337 mg·g?1），同时兼具亲水性（水通量83 L·m?2·h?1·bar?1）和可重复使用性，为水体有机污染物治理提供了创新策略。

　　

苯并三唑（BTA）作为一种典型的新兴有机污染物（EOCs），因其高水溶性（28 g·L^?1）、抗生物降解性和毒性，广泛存在于水体中，对生态环境和人类健康构成威胁。传统吸附剂如生物炭和金属有机框架（MOFs）虽有一定效果，但普遍存在吸附容量低、回收困难等问题。多孔β-环糊精聚合物（P?CDP）粉末虽对BTA表现出高效吸附（通过C?F与N?H键形成共价N?F键，辅以π-π相互作用和氢键），但粉末形态易造成二次污染。为此，北京建筑大学的研究团队创新性地将P?CDP粉末嵌入聚丙烯腈（PAN）基质中，通过相转化法制备了P?CDP/PAN混合基质膜，相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

关键技术方法
研究首先通过比表面积分析（BET）、衰减全反射红外光谱（ATR?FTIR）和固态¹³C核磁共振（NMR）表征P?CDP粉末的物理化学性质；随后采用相转化法将P?CDP与PAN结合成膜，通过X射线光电子能谱（XPS）分析BTA吸附机制；动态吸附实验评估膜性能，并测试水通量和再生效率。

研究结果

1. P?CDP粉末的表征与吸附机制
   BET显示P?CDP具有高比表面积，孔径集中在2.0?4.0 nm。吸附实验证实其通过化学键合（N?F键）和物理作用（π-π堆积、氢键）高效捕获BTA。

2. P?CDP/PAN膜的制备与性能
   相转化法制备的膜在P?CDP负载量为15%时达到最优性能：BTA吸附容量达337 mg·g^?1，饱和时间仅10分钟；亲水性水通量为83 L·m^?2·h^?1·bar^?1，显著优于粉末吸附剂。

3. 动态系统与再生性能
   膜在连续流动系统中对BTA去除率稳定，且经5次循环后吸附效率仍保持90%以上，简化了传统粉末吸附剂的固液分离步骤。

结论与意义
该研究不仅阐明了P?CDP与BTA的分子作用机制，还通过膜技术解决了粉末吸附剂的工程化应用瓶颈。P?CDP/PAN膜兼具高效吸附、快速响应和易回收的特点，为水体EOCs治理提供了可规模化推广的解决方案。此外，相转化法的简易性为其他功能性膜的开发提供了参考。研究由Haiyan Li团队完成，获北京市教委等项目支持，数据可通过申请获取。