活性炭是一种被广泛应用的吸附材料，具有价格低廉、易于获取、孔隙结构发达、官能团丰富、机械强度高以及耐酸碱等优点。但在工业应用中，它仍然面临着水对其吸附能力影响的重大挑战。

2023年11月22日，东南大学材料学院张友法教授团队（季延正是第一作者）在Small (IF=13)在线发表题为“3D Monolayer Silanation of Porous Structure Facilitating Multi‐Phase Pollutants Removal”的研究论文，并入选期刊封面文章。该研究介绍了一种简便易行的方法，通过表面单层硅烷化制备疏水性活性炭。与原始活性炭相比，疏水性活性炭保留了其高表面积、发达的孔隙结构和增强的防水性。疏水性的提高可以扩大活性炭的潜在应用并延长其在潮湿环境中的使用寿命。疏水性活性炭在含油污水处理、空气净化、有害藻类治理、藻毒素吸附等方面表现出良好的性能，在日常生活中具有广阔的应用前景。疏水分子刷策略为制备用于去除多相污染物的疏水多孔材料提供了指导。

近年来由于工业和人类活动加剧，空气/水污染问题愈发的严峻，并且受到了人们极大的关注。作为一种吸附材料，活性炭因其孔隙结构发达、官能团丰富、高机械强度和耐酸碱性能等特性而被广泛应用于对污染物的去除。

尽管活性炭相较于其他商业吸附剂具有无可比拟的优势，但是其表面存在丰富的含氧官能团，由于氢键作用会对水分子会表现出高亲和力。在实际应用中，环境中水分子会与目标污染物发生竞争吸附，最终导致活性炭对目标吸附物的吸附能力降低。然而，在不牺牲吸附性能的情况下提高活性炭的疏水性极具挑战性。

针对上述挑战，张友法教授研究团队以丙基三氯硅烷为单层分子刷源，活性炭表面羟基为活性位点，通过共价接枝方式在活性炭多孔结构中构筑单层疏水烷烃链。通过对疏水烷烃链长度的精准筛选，保留原有孔隙结构的基础上实现了活性炭的高疏水性。

在高相对湿度(90%)条件下，依旧能有效吸附甲苯(吸附量为2.34 mmol g?1)等挥发性有机化合物(VOCs)。疏水活性炭对水中浮油、乳化油和重油等油滴的捕获能力也显著优于未改性活性炭。在120 min内，疏水活性炭可以将oill-water乳液的化学需氧量(COD)从3968 mg L?1降低至0 mg L?1。

图1：疏水性活性炭的结构示意图和材料表征。

图2：疏水性能展示。

此外，疏水活性炭益于其静电相互作用和表面疏水性，除对有害微生物小球藻(97.56%)和藻毒素(96.23%)的去除率也远远优于初始活性炭。

图3：甲苯吸附示意图、吸附容量及分子动力学模拟。

图4：含油污水吸附。

图5：去除小球藻（Chlorella）与藻毒素（AOM）。

上述结果表明，疏水活性炭综合了多孔材料和疏水性材料的优势使其在空气污染控制和饮用水安全方面的应用前景广阔。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202303658

转自：“iNature”微信公众号

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