神奇的海绵：快速高效去除废水中汞离子

汞是重要的工业原料，大量的汞及其化合物被广泛应用于电池、塑料、含汞农药、氯碱行业等工业，给人类健康带来了严重的危害。因而，汞污染的治理已成为全球环境科学技术领域高度重视的一个问题。目前，对含汞废水的处理方法主要有化学沉淀法、电化学法、离子交换法和吸附法等，但存在吸附量小、吸附时间长、选择性差、分离困难、易造成二次污染等缺点。因此，研究和开发快速响应型吸附容量大、具有选择性且易与水溶液分离的新型环保吸附剂具有重要意义。

陕西科技大学特聘教授王传义（点击查看介绍）团队近年来开展了一系列重金属离子吸附分离材料的研究，并取得了有意义的结果（参见：Chem. Eng. J., 2019, 358, 253-263；J. Colloid Inter. Sci., 2019, 554, 479-487 (Editor’s Choice); Chem. Eng. J., 2019, 363, 192-202; Environ. Chem. Lett., 2018, 16(2), 653-658; Chem. Eng. J., 2017, 311, 236-246等）。

最近，该团队科研人员在前期研究基础上，以木质素为骨架，戊二醛为交联剂，超支化聚乙烯亚胺与壳聚糖交联制备得到具有半互穿三维网络结构的多孔聚乙烯亚胺功能化壳聚糖/木质素复合海绵吸附剂。该吸附剂含有大量可以鳌合汞离子的氨基官能团，能快速、高效、高选择性地去除水中的汞离子。实验结果表明，该吸附剂在1分钟内可吸附超过最终吸附容量（663.5 mg/g）83.5%的汞离子。除此之外，对汞离子的选择性系数分别比对铜离子、镉离子和铅离子高3个数量级（参见图1）。这主要归因于复合海绵中由网络化的纳米壁组成的多孔结构，增加了官能团的分布，进而暴露出更多的活性位点，导致汞离子与表面官能团快速络合，从而加快化学吸附的过程（如图2所示）。

图1. 新型复合海绵对水中汞离子的吸附动力学及选择性吸附示意图

图2. 新型复合海绵快响应吸附机制示意图

该快速响应型环保吸附剂对处理无法预测和无法控制的重金属离子污染突发事件具有重要意义，减少吸附时间，降低了处理成本。同时，开发的新型复合海绵具有环保、高效、低成本、机械性能稳定、实际应用操作简单等优点，在含汞废水处理方面具有广阔的应用前景。

该研究成果近期发表于环境科学领域国际顶级期刊 Environmental Science: Nano，论文发表后引起了国际同行的高度认可，并被编辑部选为该杂志前10%的热点论文（Hot Article）。该论文的第一作者是王传义教授指导的博士生张丹。

该研究工作得到了国家自然科学基金、国家外专局国际创新研究团队等项目资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Novel polyethyleneimine functionalized chitosan–lignin composite sponge with nanowall-network structures for fast and efficient removal of Hg(II) ions from aqueous solution

Dan Zhang, Lan Wang, Hehua Zeng, Baker Rhimi, Chuanyi Wang

Environ. Sci. Nano, 2020, 7, 793-802, DOI: 10.1039/C9EN01368G

导师介绍

王传义, 德国洪堡学者、英国皇家化学会会士、中国科学院“百人计划”入选者（终期评估优秀）、中国科学院特聘研究员、陕西省特聘专家、陕西科技大学特聘教授、博士生导师，中国科学院-国家外专局“干旱区水体污染监控技术”创新国际团队和中科院“微纳环境功能材料结构设计、表界面行为及其应用”交叉创新团队负责人，中国可再生能源学会光化学专业委员会委员、中国感光学会光催化专业委员会委员、中国环境科学学会特聘理事。此外，应邀担任Environmental Chemistry Letters（Springer-Nature） 副主编、Scientific Reports 等6个国际刊物编委和客座编辑、J. Am. Chem. Soc.等20多个国际刊物的审稿人、国家科技奖励会评专家及科技部、国家基金委、教育部和中国科学院等机构项目评审专家。

主要从事能源和环境相关的纳米光电催化及表面/界面物理化学、环境污染控制功能材料与技术等研究。在Chemical Reviews, JACS, Nature Communications, Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, EST等国际重要学术刊物上发表论文180多篇，论文被他人引用6000多次，主编英文专著1部，申请中国发明专利70多件(其中50多件已获授权)。曾获德国洪堡学者奖(1998) 、中国材料研究学会科学技术奖二等奖 (2011) 、中国天山奖（2014）、中国科学院“百人计划”终期评估优秀及中国侨界贡献奖（创新人才， 2016）。

https://www.x-mol.com/university/faculty/23353