让三聚氰胺海绵上长出水体抗生素“解药”

团队制备的新型COF复合海绵，有效克服了一般COF粉末难以回收利用的问题，在可见光下对四环素类抗生素表现出优异的光催化活性，其对四环素类抗生素的降解率达到90%以上。

水资源作为生态环境的一个重要组成部分，其保护和改善已经成为当前社会的一个重要课题。这其中，抗生素的广泛使用甚至滥用，造成越来越严重的水体有机物污染，引起了社会的极大关注。研究表明，光催化降解是解决此类污染的有效途径之一，而设计开发出一种光催化剂并使其可高效降解水体抗生素，成为国内外多个科研团队的研究热点。

海南大学化学工程与技术学院副院长潘勤鹤和杨玮婷教授团队受三聚氰胺海绵的启发，研发出可降解水中抗生素的晶态有机多孔聚合物（COF）复合海绵。该研究为制备具有高降解性能、易循环和高稳定性的基于共价键连接的COF提供了一种简单的策略，并为其他整体催化材料的制备提供了参考。相关论文近日发表在化工领域国际学术期刊《化学工程杂志》上。

三聚氰胺海绵带来的灵感

潘勤鹤向科技日报记者介绍，COF作为一类新型的多孔结晶聚合物，通过强共价键与有机单元巧妙地构建而成。得益于独特的多孔结构、高比表面积、孔隙率和化学可调性，COF被广泛应用于多个领域。由于具有有序、可扩展的π共轭骨架和结构稳定性，COF在光催化应用中显示出巨大潜力，并被用于降解抗生素。但是COF多为粉末状态，较差的可回收性限制了其在实际环境中的应用。

为了使材料兼具功能使用性、便利性和实际应用性，潘勤鹤团队在大量前期实验的基础上，深入对各种不同的基体和COF材料进行了分析筛选。

“三聚氰胺海绵有着低成本、大孔隙率和环境友好等优点，被广泛地应用，是一种非常好的载体。”潘勤鹤介绍，在探索过程中，他们反复思考，COF-TpTt是一种由三聚氰胺和三醛基间苯三酚形成的COF，该材料本身就有着非常出色的光催化性能。如果让COF-TpTt附着在三聚氰胺载体上，是否就能兼顾降解抗生素的光催化性能以及良好的可回收性呢？

巧妙采用“反应接种”策略

最终该团队利用“反应接种”策略实现了COF-TpTt在三聚氰胺海绵表面爆发性成核、均匀牢固的生长。“反应接种”是指载体上包含COF-TpTt生长所需的功能基团，从而能提供COF-TpTt生长的“种子”，让COF-TpTt在载体上附着得更加牢固。该策略满足了晶体合成爆发性成核的条件，从而使在三聚氰胺海绵上合成的COF-TpTt粒径缩小。缩小的粒径使COF-TpTt的比表面积增大，从而暴露出更多的催化活性位点，因此也增强了其催化降解效果。而且该策略中载体也是合成COF的原材料，因此所合成的复合材料有着很高的稳定性，这就使得其循环使用性能大大提升。

最终，团队通过“反应接种”策略，采用一锅法成功制备了一种新型COF复合海绵。

潘勤鹤表示，该复合海绵有效克服了一般COF粉末难以回收利用的问题，可在保证降解效果的情况下进行10轮以上的循环实验，在可见光下对四环素类抗生素表现出优异的光催化活性，其对四环素类抗生素的降解率均在90%以上。

《化学工程杂志》审稿人评价道，这种合成方法不仅简单，而且赋予复合海绵良好的稳定性和更强的光催化性能。合成细节和表征部分充分验证了该方法的有效性。这一研究提出了一种有前景的方法来解决COF可回收性差的问题。