异孔共价有机框架构建超疏水三聚氰胺海绵及其高效油水分离应用研究

针对含油废水处理难题，研究人员通过异孔共价有机框架(HCOF)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)协同修饰三聚氰胺海绵(MS)，开发出MS@HCOF-PDMS超疏水材料。该材料对有机溶剂吸附量达78-147.35 g/g，二氯甲烷分离效率达99.3%，循环10次性能稳定，为环境治理提供新策略。

　　

随着工业发展和石油泄漏事故频发，含油废水已成为威胁生态系统和人类健康的重大环境问题。传统处理方法如离心分离、气浮法等存在效率低、能耗高、易造成二次污染等缺陷。尤其当油类物质在水体表面形成油膜时，会阻碍氧气溶解导致水生生物窒息，而多环芳烃等有害物质更可能通过食物链危害人体。面对这一严峻挑战，吸附分离技术因其高效、可重复使用等优势成为研究热点，其中三聚氰胺海绵(MS)因其三维多孔结构和低成本特性备受关注。然而原始海绵存在亲水性过强、机械强度不足等瓶颈，如何通过材料改性突破这些限制，成为环境功能材料领域的关键科学问题。

中国科学院长春应用化学研究所等机构的研究人员创新性地将异孔共价有机框架(HCOF)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合，开发出MS@HCOF-PDMS超疏水海绵。这项发表于《Separation and Purification Technology》的研究，通过精确调控材料界面特性，实现了油水分离效率的显著提升。研究团队采用溶剂热法合成由ETTBC与BD缩聚形成的HCOF，通过浸渍-干燥工艺将其与PDMS共同负载于海绵骨架，利用扫描电镜(SEM)、接触角测量仪等表征材料形貌与润湿性，系统测试了材料对多种有机溶剂的吸附性能和循环稳定性。

材料表征揭示结构优势
SEM分析显示，原始海绵具有光滑骨架表面(接触角0°)，而改性后材料表面形成纳米级粗糙结构，PDMS浓度为0.5%时接触角达153.2°。X射线光电子能谱(XPS)证实HCOF成功引入苯环和C=N键特征峰，BET测试显示比表面积从9.8增至214.6 m²/g，孔隙率提升21.7倍。

性能测试展现卓越效能
吸附实验表明，MS@HCOF-PDMS对花生油的吸附量达147.35 g/g，较单孔COF材料(MS@SCOF-PDMS)提升37%。对二氯甲烷、正己烷等有机溶剂的分离效率均超过98%，其中二氯甲烷分离效率高达99.3%，通量达2.84×10⁵ Lm^-2h^-1。循环测试10次后吸附量仅下降4.8%，显示优异耐久性。

机制分析阐明性能根源
研究指出性能提升源于三重协同效应：HCOF的异孔结构提供分级传质通道，PDMS降低表面能增强疏水性，海绵三维网络实现快速油相输送。密度泛函理论计算证实，HCOF中1.8 nm大孔促进油分子扩散，0.9 nm微孔产生毛细作用力，而PDMS甲基组赋予材料表面低能特性。

该研究通过多尺度结构设计解决了传统吸附材料选择性与通量难以兼得的矛盾，为应对海上溢油等环境突发事件提供了新型解决方案。特别是将COF材料的可设计性与海绵的宏观加工性相结合，为功能多孔材料的开发开辟了新途径。研究获得国家自然科学基金(21976099)等项目的支持，相关技术已申请发明专利。未来通过调控COF孔径分布和表面化学性质，有望进一步拓展材料在重金属吸附、催化降解等领域的应用。