愛美之心，人皆有之。在現(xiàn)代社會中，花花綠綠、各色各樣的衣服琳瑯滿目，而這些五顏六色的服裝離不開各式各樣的染料。目前，染料在紡織、造紙和皮革制造業(yè)中起著舉足輕重的作用，每年全球都將生產(chǎn)約160萬噸染料。然而在使用染料的過程中，很大一部分染料會作為廢物流失，造成主要的水源污染。甚至一些染料還存在劇毒，對人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，開發(fā)高效的工業(yè)廢水除染料技術(shù)顯得越來越重要。

在眾多染料去除技術(shù)當(dāng)中，吸附技術(shù)以其操作簡單、成本低、可設(shè)計性好等優(yōu)點(diǎn)成為最有發(fā)展前途和最有效的技術(shù)之一。而對于吸附技術(shù)而言，選擇合適的吸附劑是吸附技術(shù)有效性的關(guān)鍵。

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（圖片來源：J Mol. Liq.）

納米金剛石(Nanodiamonds, ND)是一種新型的碳納米材料，具有體積小、比表面積大、成本低等優(yōu)良性質(zhì)。這些特性使ND易于用不同的試劑進(jìn)行修飾，并為吸附過程提供了足夠的活性位點(diǎn)，因而使其被認(rèn)為是環(huán)境處理中最有前途的吸附劑之一。

基于此，來自南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院張小勇教授以及清華大學(xué)化學(xué)系危巖教授選用離子液體(ILs)3-正十六烷基-1-乙烯基咪唑溴鹽([C16VIm+][Br-])為改性單體，通過Michael加成反應(yīng)設(shè)計合成了一種基于離子液體修飾的ND復(fù)合材料——ND@IL，并用于偶氮染料的高效吸附。示意圖如圖1所示。

圖1. ND@IL復(fù)合材料的制備示意圖

（圖片來源：J Mol. Liq.）

研究人員首先通過NMR、FTIR等表征證明了通過兩步反應(yīng)法，成功將(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)以及離子液體[C16VIm+][Br-]接枝到了ND上，并制備出ND@IL復(fù)合材料。如圖2所示，隨后利用熱重分析不同溫度下的失重比例，進(jìn)一步佐證了復(fù)合材料的成功制備。

圖2. ND、ND-NH2、ND@IL復(fù)合材料的紅外以及熱重分析

（圖片來源：J Mol. Liq.）

除了上述表征外，研究人員通過TEM、EDS能譜分析以及XPS測試，從形貌以及元素變化也能觀測到接枝前后材料的變化，如圖3、4所示。

圖3. 接枝前后的TEM圖像以及接枝后的EDS譜圖

（圖片來源：J Mol. Liq.）

圖4. 接枝前后材料的XPS譜圖

（圖片來源：J Mol. Liq.）

材料的制備，目的便是投入實(shí)際染料吸附體系中的應(yīng)用。在實(shí)際染料污染控制和處理中，吸附平衡時間是預(yù)測吸附劑可行性和效率的關(guān)鍵因素。研究人員選用剛果紅(CR)作為偶氮染料的代表，研究了ND@IL對CR的吸附動力學(xué)以及吸附容量。如圖5所示，ND@IL復(fù)合材料吸附CR的量在前5 min迅速增加，到39 min時吸附量達(dá)到226.4 mg g-1。而未經(jīng)IL修飾的ND材料在49 min時的吸附量僅達(dá)到61.1 mg g-1，這歸因于未修飾的ND材料表面吸附位點(diǎn)較少。

圖5. ND@IL對CR的吸附動力學(xué)以及吸附容量曲線

（圖片來源：J Mol. Liq.）

隨后，研究人員還對該吸附體系的吸附等溫曲線、最佳吸附溫度以及吸附劑的循環(huán)利用性能進(jìn)行了深入研究。篇幅有限，感興趣的讀者可以點(diǎn)擊閱讀原文前往。

總之，本文報道了一種通過Michael加成反應(yīng)改性的基于離子液體與納米金剛石的新型吸附復(fù)合材料——ND@IL。由于疏水烷基鏈和離子嵌段的引入，使得ND@IL復(fù)合材料能作為去除有色溶液中偶氮染料剛果紅的高效吸附劑。這項工作將為ND基復(fù)合材料的環(huán)境吸附應(yīng)用提供一條新的途徑。

原文鏈接：

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0167732219351086

原文作者：

Guang Yang, Hongye Huang, Junyu Chen, Defu Gan, Fengjie Deng, Qiang Huang, Yuanqing Wen, Meiying Liu, Xiaoyong Zhang and Yen Wei

DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111874