吸附技術(shù)由于其成本低、操作方便、效率高而具有獨特的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于處理受污染的空氣/水。活性炭是作為一種常見的吸附材料，具有發(fā)達的孔結(jié)構(gòu)，豐富的官能團，高機械強度和耐酸堿性等優(yōu)點，比其他商業(yè)吸附劑更具商業(yè)潛力。然而活性炭表面含有大量的含氧官能團，對水分子表現(xiàn)出很高的親和力，水分子的競爭吸附會導(dǎo)致活性炭對目標污染物的吸附能力降低。
因此必須開發(fā)具有優(yōu)異疏水性和強吸附能力的活性炭。為實現(xiàn)這些要求，東南大學張友法團隊通過在商業(yè)化的柱狀活性炭上進行表面單層硅烷化（圖1），設(shè)計出一種簡單有效的疏水性活性炭制備策略。該文章以”3D Monolayer Silanation of Porous Structure Facilitating Multi-Phase Pollutants Removal”為題發(fā)表于Small。
圖1 疏水性AC的示意圖，用于多種應(yīng)用，包括高效甲苯吸附，含油污水凈化，小球藻和AOM吸附。初始AC和三氯丙基硅烷采用接枝反應(yīng)方式
研究表明，三氯丙基硅烷和水會形成硅氧烷，超聲時間越長，交聯(lián)的硅氧烷使得AC的疏水性也越強，但硅氧烷過度交聯(lián)后會堵塞微孔并降低的AC的吸附能力，除此之外，立體位阻會導(dǎo)致長鏈烷基的接枝減少和疏水性降低，溫度也是制備時影響疏水性的重要因素，超過200°C的干燥溫度可能導(dǎo)致接枝烷基鏈的熱分解。最終制備的疏水性AC中─OH基團含量相對較少，極性位點的減少使得水蒸氣吸附量顯著降低（圖2c）。
研究發(fā)現(xiàn)，接枝親油烷基鏈的疏水AC比初始AC擁有更好的水下吸附油滴能力（圖3a），疏水AC在攪拌120分鐘后幾乎完全將乳化油吸附去除，乳液變得澄清，乳液的COD值也從3968降至0 mg·L?1，而初始活性炭的分離效率不足73%。其主要原因是，水滴不能完全填充疏水性AC的孔隙，多出的空間使得疏水性AC比初始AC具有更高的吸附能力。更重要的是，即使是在酸堿鹽的環(huán)境下，疏水AC仍保持良好的吸附能力（圖3g，h）。
由于藻類分泌AOM，這會影響飲用水的安全性，危害人類生命健康，人們越來越關(guān)注地表水中藻類的繁殖和去除問題。研究發(fā)現(xiàn)，初始AC對小球藻的吸附效果較差，而疏水性AC不僅能有效去除小球藻細胞（圖4a-c），還能有效去除水中的AOM。這是因為初始AC對細胞外高分子物質(zhì)的吸附主要靠的是分子間作用力，而疏水性AC表面與小球藻表面存在明顯的電荷差異（圖4f），可以憑借靜電吸引力增強對小球藻的吸附（圖4g），因此疏水性AC對小球藻和AOM具有更優(yōu)異的去除效果。
Ji Y, Zhuang Y, Jiao X, et al. 3D Monolayer Silanation of Porous Structure Facilitating Multi-Phase Pollutants Removal[J]. Small, n/a(n/a): 2303658. Doi：https://doi.org/10.1002/smll.202303658
