基于非线性光学物质制备去除汞修复材料获进展

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汞是一种不可降解的毒性重金属，主要来源于自然和人为污染。其以多种形态赋存，尤其甲基汞的毒性最强，甲基汞具有生物富集和生物放大特性，对神经系统造成严重损伤。而厌氧环境下，汞离子被转化为毒性更强的甲基汞。汞离子污染的治理，有利于减少甲基汞的形成，并实现汞污染的修复。汞离子的修复主要包括吸附固定和还原去除。

中国科学院南京土壤研究所蒋新研究员团队近日选用非线性光学物质DMABR（对二甲氨基亚苄罗丹宁），以硅酸盐矿物海泡石作为载体，溴代丁烷和溴代癸烷为季铵盐修饰原材料，经一步水热合成的绿色方法，成功制备出了高效去除汞污染的硅基底材料（SD、SD-BB和SD-DB），实现有机源电子供体对汞离子的吸附固定和还原去除。海泡石负载可以增加DMABR的极性和稳定性；通过直接添加季铵盐原材料非典型叔胺DMABR和溴代烷烃，实现了对海泡石载体的季铵盐改性。DMABR作为典型的非线性光学材料，含有对汞离子具有高亲和力的功能团结构，有利于对汞离子强吸附络合。其较大的分子极化率和分子内电子转移现象（ICT）的存在，赋予非线性光学材料中的非定域电子传递至主要络合官能团的能力，实现对汞离子吸附络合和还原。基于红外光谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱和拉曼光谱的研究证明，经一步水热合成过程，DMABR以氢键和N-Si共价键负载在海泡石上，并被解束的海泡石纤维均匀分散。该SD材料对汞表现出较高的去除效果，并具有非常好的循环稳定性。该SD材料在干扰金属离子和有机组分（腐殖酸）的影响下，仍表现出极好的去除效果。研究团队基于X射线光电子能谱、紫外可见吸收光谱和拉曼光谱进一步揭示了该材料修复汞污染的机理：汞离子首先与C、-COO-和N络合，并形成携上峰型的卫星峰；随汞离子浓度增加，SD材料的长链多硫（L-Sx, S6~8 or S6~8n-）在汞离子胁迫下分解为S22-，进一步形成α-HgS，同时N上配位数增加，产生不对称的络合产物，同时，伴随还原产生单质汞，实现还原修复。最后，基于DMABR本身的光学特性，通过逐渐增加汞离子浓度，研究团队进一步阐释了SD材料对汞离子修复去除的动力学机制。该SD材料能够实现汞吸附固定和还原去除，同时其荧光信号可指示吸附终点。该研究为基于有机源电子供体实现汞污染吸附和还原修复提供理论基础，也为非线性光学物质可能参与的污染物生物化学地球循环提供了参考。

相关成果近期发表在Chemical Engineering Journal上，硕士研究生王韫橙为第一作者，卞永荣高级工程师为论文的通讯作者。该项研究工作得到国家重点研发专项和国家自然科学基金等项目的资助。