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    广西大学林宝凤教授团队 CEJ:基于Fe-MOFs纳米酶催化活性的柔性纤维复合功能材料用于高效的用水点消毒

    来源:绿色轻工材料湖北省重点实验室   发布时间:2024-06-06 09:02:44

      随着社会的发展,人们对健康生活的要求不断提高,对清洁水的需求也在增加。然而在欠发达国家和贫困农村地区,由水传播病原体引起的疾病感染日益严重,集中式自来水处理设施难以满足许多农村地区的用水清洁需求。此外,在紧急情况(如自然灾害)和户外活动(如远足和探险)中的人们仍然有可能需要紧急使用野外水源。使用点(POU)水处理作为一种经济有效的水杀菌方法,是解决上述场景用水问题的最佳解决方案。POU水消毒的常用方法包括紫外线(UV)辐射、化学消毒和膜过滤。紫外线消毒不仅需要在设备上投入大量资金,消耗大量能源,而且也难以去除水中较大的悬浮颗粒。化学消毒是最常见的水消毒方法之一。虽然没有能耗问题,但会生成卤代乙酸和三氯甲烷等有害物质构成致癌风险。因此,设计更加安全、有效、方便的POU水消毒功能材料具有重要的现实意义。


      基于上述背景,广西大学林宝凤教授团队设计制备了一系列具有催化产生ROS(OH和O2-)功能的Fe-MIL-101@柔性纤维复合材料(图1)。该工作创新性地将纳米酶ROS催化的杀菌功能引入水消毒处理中,通过原位交联法将Fe-MIL-101纳米酶生长在羧甲基纤维素(滤纸、棉、纱布)上,以作为一类具有抗菌、耐用和生物安全的POU水消毒模块。实验结果表明,Fe-MIL-101纳米酶在柔性纤维基底上成功交联生长且结合稳定,这证明了该方法的广泛适用性。Fe-MIL-101@CMFP复合滤纸后续研究表明,Fe-MIL-101@CMFP复合滤纸表现出良好的力学性能和杀菌效果。Fe-MIL-101 MOFs纳米酶与CMFP纤维结合良好,且不影响滤纸的柔韧性、拉伸强度和过滤性能(图2)。Fe-MIL-101@CMFP复合滤纸具有优良的过氧化物酶和氧化酶模拟活性(图3),可催化极低浓度的H2O2(200 ppm)产生?OH和O2?-杀死水中的细菌,滤纸杀菌率可达99%以上(图4),并且对条件复杂的野外污水也有较好的过滤杀菌效果。此外,作为饮用水过滤和消毒的材料,它表现出较高的生物安全性。本研究拓展了MOFs纳米酶和纤维素在水消毒处理中的应用,为POU水过滤材料的开发提供了新的思路。

    图1 一系列Fe-MIL-101@柔性纤维复合材料的制备


    图2 Fe-MIL-101@CMFP的拉伸、柔性、稳定性和过滤性能


    图3 Fe-MIL-101@CMFP的ROS催化性能


    图4 Fe-MIL-101@CMFP的催化杀菌活性


      该工作以“Flexible fiber composite functional materials based on Fe-MOFs nanozyme catalytic activity for efficient point-of-use water disinfection”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上(DOI: 10.1016/j.cej.2024.151879)。广西大学化学化工学院硕士生付浩和李昊为该论文的共同第一作者,通讯作者为广西大学林宝凤教授。该研究得到国家自然科学基金面上项目(22175045)和广西自然科学基金重点项目(2021GXNSFDA220005)的资助。


    原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151879

    图文转载自【中国聚合物网】:http://www.polymer.cn/

     

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