基于POSS/SBA-15的三维超亲水铜离子印迹聚合物的微波辅助合成及其环境水体吸附性能研究

针对水体中Cu(II)选择性吸附难题，研究人员以POSS/SBA-15为基质，结合表面印迹与微波辅助技术，开发出三维超亲水Cu(II)-IIP。该材料在pH 5条件下吸附容量达163.87 mg/g，较非印迹聚合物提升4倍，且5次循环后仍保持优异性能，为复杂水体中重金属治理提供了高效解决方案。

　　

随着工业发展，水体中的铜离子(Cu(II))污染已成为威胁生态安全和人类健康的严峻问题。美国环保署(USEPA)规定工业废水中Cu(II)的容许浓度上限仅为1.3 mg/L，但传统吸附材料如MOFs、COFs等在复杂水体中选择性差，且三维材料POSS虽具优异结构稳定性却存在固有疏水性缺陷。如何构建兼具高选择性和超亲水特性的吸附剂，成为环境治理领域的重大挑战。

针对这一难题，中国国家自然科学基金资助项目(No. 22178151)支持的研究团队创新性地将多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)与介孔分子筛SBA-15复合，通过微波辅助表面印迹技术，仅用60分钟就制备出三维超亲水Cu(II)印迹聚合物(Cu(II)-IIP)。这项突破性成果发表在《Separation and Purification Technology》上，为解决重金属污染治理提供了新思路。

研究采用微波辅助自由基聚合、X射线衍射(XRD)和密度泛函理论(DFT)计算等关键技术。通过调控POSS质量分数(52.94%)和pH值(5.0)，系统考察了材料的结构特性与吸附性能关系。

XRD分析显示POSS/SBA-15复合体成功保留了SBA-15的二维六方介孔结构，其(100)、(110)和(200)晶面衍射峰清晰可见。这种独特结构使材料比表面积达163.87 m²/g，为Cu(II)提供了丰富的结合位点。

吸附性能研究发现，在最优条件下Cu(II)-IIP的吸附容量达163.87 mg/g，远超非印迹聚合物(NIIP)的41.99 mg/g。Langmuir等温线和准二级动力学模型分析表明，该吸附为单分子层化学吸附过程。材料在长江和御带河水样中回收率达97.90%-103.24%，且5次循环后性能无显著下降。

DFT计算揭示4-乙烯基吡啶(4-VP)中氮原子与Cu(II)的配位作用是选择性吸附的关键机制。SBA-15的介孔结构不仅改善了POSS的分散性，其表面硅羟基(Si-OH)更赋予材料超亲水性，接触角测试显示水滴在3秒内完全铺展。

这项研究通过创新的材料设计和绿色合成工艺，成功解决了传统吸附剂选择性差、疏水性强、制备耗时长三大技术瓶颈。微波辅助技术将聚合时间缩短至传统方法的1/6，而POSS/SBA-15复合基质的协同效应使材料兼具三维稳定性与超亲水性。该成果为发展高效重金属污染治理技术提供了重要理论依据和实践范例，在环境修复领域具有广阔应用前景。