《Journal of Molecular Structure》:Anomalous selective recognition behavior of a two-dimensional copper-based coordination polymer towards tetracycline antibiotics
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•合成了一种二维层状铜配位聚合物CP-1及其纳米形态CP-1-N。•相对层面上的SO42?、–NH2和H2L,使得氢键作用和π–π相互作用成为可能。•CP-1-N表现出选择性吸附:TC > OTC > CTC。•CP-1-N对抗生素的吸附为吸热且自发过程(ΔH > 0,ΔG
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合成了一种二维层状铜配位聚合物CP-1及其纳米形态CP-1-N。
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相对层面上的SO42?、–NH2和H2L,使得氢键作用和π–π相互作用成为可能。
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CP-1-N表现出选择性吸附:TC > OTC > CTC。
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CP-1-N对抗生素的吸附为吸热且自发过程(ΔH > 0,ΔG < 0)。
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本研究为配位聚合物靶向去除抗生素提供了构效关系基础。
引言
含抗生素废水促进了抗生素耐药基因的增殖和持久存在,对公共健康和环境安全构成重大全球威胁[1]。四环素类抗生素(包括TC、CTC和OTC)是造成此类污染的主要贡献者[2]。目前,从废水中去除四环素类抗生素的方法大致可分为物理、生物和化学工艺[3]。其中,吸附作为一种有效的物理化学技术[4],因其操作简单、成本低廉、效率高而脱颖而出,成为四环素废水处理的核心技术[5]。然而,传统吸附剂如分子筛、活性炭和沸石往往存在易饱和、缺乏选择性和再生困难等缺点[6]。这些局限性正通过开发新型可再生材料及其与其他处理技术的整合而逐步得到解决。
配位聚合物(CPs)是由金属离子/团簇与有机连接体通过配位键自组装形成的晶体材料,具有周期性网络结构[7]。它们在荧光[8,9]、磁性[10]、生物活性[[11], [12], [13]]、气体储存[14]、催化[[15], [16], [17]]和吸附[[18], [19], [20]]等领域得到了广泛研究。重要的是,通过精心选择金属离子和有机配体,可以对CPs的孔径尺寸、拓扑结构和表面化学微环境进行精确调控[21]。这种可调性为区分结构相似的四环素类似物(如TC、CTC、OTC)提供了结构基础。利用其结构多样性、高比表面积、可调节的孔隙率和易于功能化[[22], [23], [24]]的优势,CPs可以被设计为针对特定四环素变体的差异化识别位点。实际上,CPs利用π-π堆积、氢键、静电作用和配位效应等协同相互作用[[25], [26], [27]],不仅能够实现高效、高容量吸附,还能基于类似物之间分子大小、极性和官能团差异实现显著的选择性。加之良好的稳定性和可回收性,CPs在推进抗生素废水处理方面具有巨大潜力,特别是在实现目标成分的精确去除或选择性检测方面。
在此,我们报告了一种二维铜基配位聚合物{[Cu4(L)2(H2L)(OH)2(SO4)(H2O)]·2H2O·2(CH3CN)}n(CP-1)的合成,该聚合物通过CuSO4·5H2O与5-氨基间苯二甲酸(H2L)在混合乙腈/水溶剂体系中反应获得。其结构通过FT-IR、元素分析和单晶X射线衍射进行了全面表征。随后,我们研究了其纳米形态CP-1-N对TC、OTC和CTC的异常选择性吸附行为(图1)。
章节摘要
试剂与仪器
所有溶剂和化学品均为分析纯,购自商业来源(如中国上海能源化学技术有限公司),未经进一步纯化直接使用。包括5-氨基间苯二甲酸(H?L)、CuSO?·5H?O、无水甲醇、无水乙腈、TC、OTC、CTC、NaOH和H?SO?。实验中使用的是去离子水(娃哈哈品牌)。
具体仪器信息见支持信息。这些仪器包括FT-IR
FT-IR光谱
游离H2L的FT-IR光谱(图1a)在3560、3396和3336 cm?1处显示N-H伸缩振动特征吸收峰,1639和1586 cm?1处的吸收峰对应N-H弯曲振动。羧酸基团的O-H伸缩振动出现在约3088和3042 cm?1处,表现为宽峰,2859和2636 cm?1处有较弱的羧酸二聚体特征组合峰。C=O伸缩振动出现在1639 cm?1处,1448和1370 cm?1处的吸收峰
结论
本研究成功合成了一种新型二维铜基配位聚合物{[Cu4(L)2(H2L)(OH)2(SO4)(H2O)]·2H2O·2(CH3CN)}n(CP-1),并对其进行了结构表征。随后通过简便的超声方法制备了平均粒径约100 nm的纳米吸附剂(CP-1-N)。在优化条件下(T = 40°C,pH = 6.0,投加量 = 0.0100 g),CP-1-N对四环素类抗生素(TC、OTC和CTC)表现出异常的选择性识别行为,
CRediT作者贡献声明
李世雄:撰写——初稿,获取研究经费。瞿宇红:数据整理。石平:数据整理。农玮玮:数据整理。黄志攀:数据整理。陈慧军:数据整理。郭少鹏:撰写——审阅与编辑,监督指导,获取研究经费。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到中国广西壮族自治区自然科学基金(编号2026GXNSFHA00640297)、广西梧州市科技研发计划项目(编号202502029,202502040)、大学生创新创业训练计划国家级项目(编号202511354013,202511354015)和梧州学院高层次人才科研基金(编号WZUQDJJ202530519)的支持。
李世雄|瞿宇红|石平|农玮玮|黄志攀|陈慧军|郭少鹏