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Chem. Eur. J. :低共熔溶剂中合成羧基功能化共价有机框架用于染料吸附

中国矿业大学董彬课题组报道了以低共熔溶剂为反应溶剂合成酮烯胺连接共价有机骨架的新方法。该方法在环境压力下实施,具有操作简单、不产生有机蒸汽污染等特点。同时,酮烯胺连接共价有机骨架对阳离子染料藏红和亚甲基蓝有很好的吸附能力,而对阴离子染料曙红基本没有吸附。


皮革、印染、纺织等行业生产过程中产生大量的有机染料废水,具有色度高、毒性大、难降解等特点,直接排放会对环境造成严重破坏。吸附法是染料废水处理的一种有效方法。活性炭、树脂等多孔材料是常用的吸附剂,探索具有高吸附量和选择性的新型吸附剂具有重要意义。


共价有机骨架(Covalent Organic Frameworks, COFs),是由轻质元素通过共价键连接的多孔晶型材料,具有骨架密度低、比表面积大、热稳定性和化学稳定性高、结构和功能可调节等特点,在众多领域展现出巨大的应用前景。COFs通常在有机溶剂中进行合成,由于有机溶剂的挥发性和毒性,合成过程会对环境造成一定的危害。低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents, DESs)是一种备受关注的绿色溶剂,具有挥发性低、合成简单、价格低廉等优点,但目前没有将其作为反应溶剂用于合成COFs的研究报道。


图1 (A)低共熔溶剂Bu4NBr/Im和(B)共价有机骨架TpPa-COOH的合成路线

图2 (A)MB/EB和(B)ST/EB混合液在TpPa-COOH吸附前后的溶液照片和紫外-可见光谱图(染料浓度均为50 mg/L)

基于此,中国矿业大学董彬课题组以1,3,5-三甲酰基间苯三酚(Tp)和2,5-二氨基苯甲酸(Pa-COOH)为反应单体,在四丁基溴化铵和咪唑(Bu4NBr/Im)组成的低共熔溶剂中于环境压力下制备出一种羧基功能化的酮烯胺连接COF(TpPa-COOH,图1)。TpPa-COOH具有较好的晶型、多孔性和热稳定性,对阴离子染料曙红(EB)基本没有吸附,而对分子尺寸类似的阳离子染料亚甲基蓝(MB)和藏红(ST)有很好的选择性吸附能力(图2),这是因为框架中的酮式结构加强了TpPa-COOH与藏红和亚甲基蓝之间的π‒π作用和静电作用。


在这项工作中,作者通过使用不挥发的低共熔溶剂作为反应溶剂,避免了溶剂热法合成COFs中使用有机溶剂对环境的污染问题,同时揭示了加强吸附剂与染料分子之间的相互作用是提高选择性吸附效果的有效途径,为COFs的绿色合成以及有机染料吸附剂的设计合成提供了思路。

论文信息:

A Carboxyl‐Functionalized Covalent Organic Framework Synthesized in a Deep Eutectic Solvent for Dye Adsorption

Bin Dong,Wen-Jing Wang,Sun-Chang Xi,Dong-Yue Wang,Ren Wang


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202003381



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