蒸發(fā)材料

國(guó)際期刊《 Separation and Purification Technology 》期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為“Recent advances in application of polypyrrole nanomaterial in water pollution control”的研究性論文，講述了 聚吡咯納米材料在水污染控制中的應(yīng)用研究最新進(jìn)展 ?！禨eparation and Purification Technology》是分離純化、化工、環(huán)境工程領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)期刊，研究聚焦 “分離材料、廢水處理、海水淡化、膜技術(shù)” 等方向。

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面對(duì)復(fù)雜嚴(yán)峻的水污染形勢(shì)，各類(lèi)水處理技術(shù)迅速發(fā)展，環(huán)境功能材料作為技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)備受關(guān)注。聚吡咯是一種黑色導(dǎo)電聚合物，可通過(guò)吡咯單體的氧化聚合輕松制備，具有無(wú)毒、低密度、高純度、吸光性、導(dǎo)電性、抗菌性、耐腐蝕性和可改性等特性，因此被廣泛應(yīng)用于水處理技術(shù)中。本研究總結(jié)了過(guò)去十年聚吡咯在分離純化、氧化還原、抗菌消毒等水污染控制技術(shù)中的研究成果，具體介紹了聚吡咯的合成方法、改性策略及應(yīng)用場(chǎng)景，分析了其在相應(yīng)水處理技術(shù)中的直接和間接作用機(jī)制，建立了聚吡咯結(jié)構(gòu)性能與應(yīng)用技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)；同時(shí)，對(duì)聚吡咯當(dāng)前的研究進(jìn)展進(jìn)行了批判性總結(jié)，并展望了其未來(lái)潛在的研發(fā)方向。

該論文聚焦聚吡咯（PPy）納米材料在水污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用研究，背景為工業(yè)化加劇導(dǎo)致水污染日趨復(fù)雜嚴(yán)峻，污染物涵蓋無(wú)機(jī)、有機(jī)及微生物三類(lèi)，而導(dǎo)電聚合物因兼具碳材料、半導(dǎo)體材料和有機(jī)聚合物的特性成為研究熱點(diǎn)，其中聚吡咯以無(wú)毒、低成本、易制備及優(yōu)異的吸光性、導(dǎo)電性、生物相容性等優(yōu)勢(shì)，成為理想的環(huán)境功能材料，近年來(lái)相關(guān)年發(fā)表量穩(wěn)定在 1500 篇左右，約 300 篇聚焦水領(lǐng)域，但現(xiàn)有綜述多局限于單一材料、污染物或技術(shù)，缺乏對(duì)材料改性與技術(shù)交叉關(guān)聯(lián)的全面考量，因此論文旨在填補(bǔ)這一空白。論文詳細(xì)介紹了聚吡咯的合成方法（化學(xué)氧化聚合與光電氧化聚合）及改性策略（陰離子摻雜、共聚摻雜、表面改性），系統(tǒng)梳理了其在水污染控制三大核心技術(shù)中的應(yīng)用：分離純化技術(shù)方面，可通過(guò)吸附作用去除有機(jī)污染物和無(wú)機(jī)離子（如 Cr (VI)、F?等），通過(guò)膜技術(shù)改善超濾 / 納濾膜的抗污染性與分離效率、提升陽(yáng)離子交換膜的選擇性，還能作為光熱材料用于污水凈化和海水淡化，實(shí)現(xiàn)高效蒸發(fā)；氧化還原技術(shù)中，聚吡咯可通過(guò)光氧化、電氧化、化學(xué)氧化降解有機(jī)污染物，通過(guò) photoreduction、電還原、催化氫化實(shí)現(xiàn)污染物的還原去除（如 Cr (VI) 還原、硝酸鹽選擇性還原）；抗菌消毒技術(shù)方面，依托聚陽(yáng)離子骨架與細(xì)菌細(xì)胞壁的靜電作用破壞微生物細(xì)胞膜，還可結(jié)合其他抗菌材料或通過(guò)電穿孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效消毒，且具有綠色節(jié)能、無(wú)二次污染的優(yōu)勢(shì)；此外，聚吡咯還可作為前驅(qū)體通過(guò)煅燒制備氮摻雜碳材料，用于海水淡化、光催化降解等其他場(chǎng)景。論文同時(shí)指出當(dāng)前研究存在聚吡咯氧化態(tài)與還原態(tài)分子結(jié)構(gòu)不明確、聚合度對(duì)其性能影響未受足夠關(guān)注、復(fù)合材材料中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備參數(shù)對(duì)性能的影響研究不足等挑戰(zhàn)，未來(lái)應(yīng)聚焦帶負(fù)電污染物吸附、膜分離、光熱、光氧化、電還原及抗菌技術(shù)等方向，建立制備參數(shù) - 結(jié)構(gòu) - 理化性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，開(kāi)發(fā)高有序聚吡咯納米材料及新型接枝改性策略，探索技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用以充分發(fā)揮其多功能優(yōu)勢(shì)。

• 系統(tǒng)整合了過(guò)去十年聚吡咯在分離純化、氧化還原、抗菌消毒三大水污染控制核心領(lǐng)域的研究成果
• 深度挖掘聚吡咯無(wú)毒、導(dǎo)電、吸光、可改性等理化特性
• 聚焦帶負(fù)電污染物吸附、膜分離、光熱等關(guān)鍵方向

圖 1. 聚吡咯基材料的特性及其在水污染控制中的應(yīng)用。

圖 2. Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)鍵詞 “聚吡咯” 及 “聚吡咯 + 水” 的年度發(fā)文量。

圖 3. 聚吡咯的合成與改性策略：(a)聚吡咯的合成過(guò)程及光學(xué)特性；(b)不同類(lèi)型聚吡咯的微觀(guān)結(jié)構(gòu)；(c)分子結(jié)構(gòu)改性策略

圖 4. 聚吡咯材料的吸附改性及其應(yīng)用范圍：(a) 不同聚吡咯有機(jī)染料吸附基質(zhì)的吸附與脫附過(guò)程機(jī)制圖；(b) 聚吡咯在不同 pH 值下對(duì)有機(jī)染料的吸附能力調(diào)節(jié)；(c) 聚吡咯改性材料在不同電勢(shì)下的吸附與脫附圖像；(d) 聚吡咯 / CMCS 復(fù)合材料對(duì)四環(huán)素的吸附調(diào)節(jié)；(e) 聚吡咯改性材料通過(guò)電荷密度變化實(shí)現(xiàn)的電吸附。

圖 5. 聚吡咯及聚吡咯基材料對(duì) Cr (VI) 的吸附與還原特性：(a) 聚吡咯負(fù)載前后 Cr (VI) 的形態(tài)變化；(b) Cr (VI) 在聚吡咯上的吸附 - 還原過(guò)程；(c) pH 對(duì)吸附率的影響；(d) 聚吡咯的 Zeta 電位與吸附率的關(guān)系；(e) 電容去離子的示意圖；(f) 聚吡咯基材料的吸附容量測(cè)定；(g) 聚吡咯對(duì)重金屬的吸附（上）、聚吡咯 - 殼聚糖復(fù)合材料對(duì)水中重金屬的協(xié)同去除（下）。

圖 6. (a) 氧化態(tài)與還原態(tài)聚吡咯 - 十二烷基苯磺酸 / 聚偏氟乙烯膜的掃描電鏡圖像；(b) 外加電壓下聚吡咯 - 十二烷基苯磺酸 / 聚偏氟乙烯膜的水滲透示意圖；(c) 聚吡咯耦合納濾膜的制備方法；(d) 高級(jí)氧化與膜過(guò)濾耦合技術(shù)

圖 7. 基于聚吡咯的陽(yáng)離子交換技術(shù)（左）與膜材料設(shè)計(jì)理念（右）

圖 8. (a) 水蒸發(fā)器的工程設(shè)計(jì)闡述；(b) 光熱蒸發(fā)器基底存在的問(wèn)題及部分問(wèn)題的解決方案

圖 9. (a) 聚吡咯 /g-C?N?光催化劑的光響應(yīng)強(qiáng)度；(b) 聚吡咯的降解實(shí)驗(yàn)；(c) 聚吡咯耦合光催化劑的降解機(jī)制；(d) 聚吡咯參與的 POA 光催化降解機(jī)理；(e) 聚吡咯的循環(huán)性能；(f) 聚吡咯的光電催化還原機(jī)理

圖 10. 化學(xué)氧化技術(shù)下聚吡咯在水中有機(jī)污染物降解中的應(yīng)用

圖 11. (a) 不同催化劑降解效率的對(duì)比圖；(b) Ag?MoO?/ 聚吡咯光催化劑在 Cr (VI) 還原過(guò)程中的循環(huán)使用效率

圖 12. (a) 聚吡咯在電還原水處理中的應(yīng)用；(b) 泡沫鎳電極上沉積的聚吡咯的形貌；(c) 在 Ru / 聚吡咯 / 泡沫鎳電極與 Ru / 泡沫鎳電極上，五氯苯酚（PCP）的電解降解效率隨循環(huán)次數(shù)的變化

圖 13. 催化氫化技術(shù)及聚吡咯參與的相關(guān)機(jī)制。

聚吡咯（PPy）憑借其全面的理化性質(zhì)（如形態(tài)可塑性、模板包覆能力、離子交換能力、吸光性、電子傳輸能力、抗菌性等），在水污染控制領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用?；诂F(xiàn)有研究，聚吡咯的應(yīng)用與其理化性質(zhì)的關(guān)聯(lián)如圖 15 所示。從分子結(jié)構(gòu)來(lái)看，仲胺基和共軛 π 鍵是其廣泛應(yīng)用的核心基礎(chǔ)。此外，通過(guò)耦合、改性和煅燒等方法可制備特定的聚吡咯基納米材料，這有助于拓展聚吡咯的應(yīng)用范圍并提升其相關(guān)性能。然而，該領(lǐng)域仍存在一些待解決的挑戰(zhàn)：

（1）聚吡咯氧化態(tài)與還原態(tài)的分子結(jié)構(gòu)尚不明確。本研究基于氧化還原反應(yīng)原理，給出了聚吡咯在這兩種化學(xué)狀態(tài)下可能的分子結(jié)構(gòu)（見(jiàn) 3.1.1 節(jié)）。但為滿(mǎn)足未來(lái)更精細(xì)化的材料開(kāi)發(fā)需求，需對(duì)聚吡咯不同化學(xué)狀態(tài)下的分子構(gòu)型及理化性質(zhì)開(kāi)展充分研究。

（2）現(xiàn)有研究忽視了聚吡咯聚合度對(duì)其光吸收和導(dǎo)電性的影響。不同聚合度下的光吸收與導(dǎo)電特性、是否存在基團(tuán)效應(yīng)以及聚合度的精細(xì)調(diào)控能力等問(wèn)題，均值得深入探討。這對(duì)于涉及光子和電子轉(zhuǎn)移的水污染控制技術(shù)具有重要意義。

（3）針對(duì)聚吡咯基復(fù)合材料，現(xiàn)有研究過(guò)度關(guān)注耦合促進(jìn)效應(yīng)，而對(duì)聚吡咯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備參數(shù)對(duì)復(fù)合材料性能的影響報(bào)道較少。同時(shí)，高有序聚吡咯納米材料的研究尚不充分，限制了其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

此外，聚吡咯的應(yīng)用研究領(lǐng)域應(yīng)適當(dāng)聚焦，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵突破。未來(lái)，聚吡咯的研究方向應(yīng)集中于帶負(fù)電污染物吸附、膜分離技術(shù)、光熱技術(shù)、光氧化技術(shù)、電還原技術(shù)及抗菌技術(shù)。具體研究工作包括：1）全面建立制備參數(shù) - 結(jié)構(gòu) - 理化性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)；2）制備高有序聚吡咯納米材料并探究其應(yīng)用潛力；3）開(kāi)發(fā)更多聚吡咯接枝改性策略，以獲得高性能聚吡咯基功能材料；4）積極探索技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的可能性，充分發(fā)揮聚吡咯的多功能優(yōu)勢(shì)。

Wang, W., Lv, Y., Liu, H., & Cao, Z. (2024). Recent advances in application of polypyrrole nanomaterial in water pollution control. Separation and Purification Technology, 330, 125265. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125265.

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資料整理：周雷豪（陽(yáng)光凈水）

編輯：環(huán)境與能源功能材料

周雷豪（陽(yáng)光凈水課題組）

【資料整理】周雷豪，資源與環(huán)境專(zhuān)業(yè)碩士研究生。

詳細(xì)內(nèi)容看課題組主頁(yè)：

https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

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殼聚糖丨纖維素丨MOF材料丨石墨烯丨碳納米管丨MXenes丨硫化鉬丨催化材料丨蒸發(fā)材料丨吸附材料丨電極材料丨除磷材料丨產(chǎn)氫材料

2025年9月，國(guó)際TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了陽(yáng)光凈水課題組題為“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的綜述性論文。根據(jù)Web of Science檢索，這是國(guó)際上首篇全面論述多功能和可持續(xù)殼聚糖基界面蒸發(fā)材料在廢水處理和水凈化中應(yīng)用的綜述性論文。本文總結(jié)了殼聚糖基太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器（CS-SIE）四種類(lèi)型（水凝膠、氣凝膠、海綿和膜）、五種改性材料和在水污染控制中應(yīng)用。最后，總結(jié)了CS-SIEs在際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)?！禝nternational Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化學(xué)改性及其在生物、環(huán)境、制藥、食品等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，最新中科院分區(qū)：8.50/二區(qū)TOP期刊。

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2024年06月08日，國(guó)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了陽(yáng)光凈水課題組題為“Sustainable chitosan-based materials as heterogeneous catalyst for application in wastewater treatment and water purification: An up-to-date review”綜述論文。根據(jù)Web of Science檢索，這是國(guó)際上首篇全面論述殼聚糖基異相催化劑在廢水處理和水凈化中應(yīng)用的綜述性論文。本綜述概述了金屬氧化物/殼聚糖基復(fù)合材料（MOs@CSbMs）、金屬硫化物/殼聚糖基復(fù)合材料（MSs@CSbMs）、鉍基半導(dǎo)體/殼聚糖基復(fù)合材料（BibSCs@CSbMs）、金屬有機(jī)框架/殼聚糖基復(fù)合材料（MOFs@CSbMs）和納米零價(jià)金屬/殼聚糖基復(fù)合材料（NZVMs@CSbMs）等5種Cat@CSbMs材料的制備策略及作為助催化劑、光催化劑、類(lèi)芬頓試劑在處理各類(lèi)廢水中的應(yīng)用進(jìn)展。該綜述不僅加深了對(duì)環(huán)境功能材料與環(huán)境污染控制作用的理解，也為未來(lái)Cat@CSbM在污染物吸附和富集、光催化氧化降解污染物和還原金屬離子等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了參考和啟示。該論文自2024年6月發(fā)表以來(lái)，現(xiàn)已被引用43次（Web of Science），2025年5月起入選ESI高被引論文。

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2024年 12 月 24 日，國(guó)際期刊《 Separation and Purification Technology 》發(fā)表了 陽(yáng)光凈水課題組 題為 “ Intriguing and boosting molybdenum sulfide (MoS2)-based materials for decontamination and purification of wastewater/seawater: An upgraded review” 綜述論文。本綜述全面總結(jié)了近6年（2018-）MoS2基材料（MoS2bMats）提高廢水處理和水凈化的有效改性策略，并重點(diǎn)闡述了MoS2bMats在環(huán)境污染物吸附、光催化降解和還原、Fenton高級(jí)氧化、PMS/PS活化氧化、廢水脫鹽（膜過(guò)濾和太陽(yáng)能蒸發(fā)脫鹽）等方面的應(yīng)用。最后，討論并提出了 MoS 2 bMats 理論研究與應(yīng)用之間存在差距、工程挑戰(zhàn)、未來(lái)的研究方向和機(jī)遇。 該論文自 2024 年 12 月線(xiàn)上發(fā)表以來(lái)，現(xiàn)已被引用23 次（ Web of Science ）。

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2025年 06 月 ，國(guó)際期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》發(fā)表了陽(yáng)光凈水課題組題為 “Sustainable chitosan-based adsorbents for phosphorus recovery and removal from wastewater: A review” 最新 綜述論文。本文全面綜述了用于廢水中磷回收和去除的殼聚糖基吸附材料（CSMats）的性質(zhì)、改性方法、影響因素。同時(shí)，總結(jié)了CSMats吸附去除水體磷的主要作用機(jī)理（氫鍵、靜電作用、路易斯酸堿相互作用、配體/離子交換和表面沉淀作用）。此外，還歸納了CSMats的再生方法、連續(xù)流處理和在實(shí)際廢水中應(yīng)用。 最后，討論了 CSMats除磷材料面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向?！?International Journal of Biological Macromolecules 》主要聚焦于天然大分子的化學(xué)改性及其在生物、環(huán)境、制藥、食品等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，2025年6月最新影響因子/中科院分區(qū)： 8. 50/ TOP 期刊。該論文自 2024 年1 月線(xiàn)上發(fā)表以來(lái)，現(xiàn)已被引用8 次（Web of Science ），國(guó)際引用占比75%。

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2024 年 1 月，國(guó)際期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》期刊發(fā)表了陽(yáng)光凈水課題組題為 “A review on chitosan/metal oxide nanocomposites for applications in environmental remediation“ 的綜述性論文。更清潔、更安全的環(huán)境是未來(lái)最重要的要求之一。與傳統(tǒng)材料相比，殼聚糖具有豐富的生物相容性、生物降解性、成膜能力和親水性，是一種更環(huán)保的功能材料。由于殼聚糖分子鏈上豐富的 -NH2 和 -OH 基團(tuán)可以有效地與各種金屬離子螯合，殼聚糖基材料作為金屬氧化物納米材料（ TiO2 、 ZnO 、 SnO2 、 Fe3O4 等）的多功能支撐基質(zhì)具有巨大的潛力。近年來(lái)，許多殼聚糖 / 金屬氧化物納米材料（ CS/MONM ）作為吸附劑、光催化劑、非均相類(lèi)芬頓試劑和傳感器，在環(huán)境修復(fù)和監(jiān)測(cè)中具有潛在和實(shí)際的應(yīng)用。本綜述全面分析和總結(jié)了CS/MONMs復(fù)合材料的最新進(jìn)展，這將為CS/MONMs復(fù)合材料的制備和廢水處理應(yīng)用提供豐富而有意義的信息，并有助于研究人員更好地了解CS/MONMs復(fù)合材料在環(huán)境修復(fù)與監(jiān)測(cè)中的潛力。該論文自 2024 年 1 月線(xiàn)上發(fā)表以來(lái)，現(xiàn)已被引用59 次（ Web of Science ），國(guó)際引用占比55.0%。

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2024 年 2 月，國(guó)際期刊《 Separation and Purification Technology 》發(fā)表了陽(yáng)光凈水課題組題為 “ A review on the progress of magnetic chitosan-based materials in water purification and solid-phase extraction of contaminants” 的綜述性論文。污染物檢測(cè)和水凈化對(duì)于實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源利用非常重要。構(gòu)建新型功能材料去除各種污染物也變得越來(lái)越重要和緊迫。本綜述總結(jié)了磁性殼聚糖（M-CSbMs）的3種可靠制備策略（原位策略、兩步策略和沉積后策略），并詳細(xì)介紹了M-CSbMs在有效吸附/光催化去除污染物（如重金屬離子、有機(jī)染料、抗生素和其他污染物）和磁性固相萃取超低濃度污染物等方面的研究進(jìn)展。最后，提出了 M-CSbMs 目前面臨的挑戰(zhàn)和前景，以期促進(jìn)其在水凈化和固相萃取污染物方面的實(shí)際應(yīng)用。該論文自 2024 年 2 月發(fā)表以來(lái)，現(xiàn)已被引用 43 次（ Web of Science ）。

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