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質量安全課題組在新型三元仿生納米復合材料的制備及其分析應用方面取得重要進展

       近日,中國農業科學院蔬菜花卉研究所質量安全課題組成功制備了新型三元仿生納米復合材料(LDH@PDA@MPNs),并解析了其結構特征、農業化學污染物吸附識別性能和控制去除機理。相關研究成果“Mussel-inspired triple bionic adsorbent: Facile preparation of layered double hydroxide@polydopamine@metal-polyphenol networks and their selective adsorption of dyes in single and binary systems”發表在《危險材料雜志(Journal of Hazardous Materials)》(IF: 10.588)上。

 

 

       研究表明貽貝具有驚人的粘附性能和機械性能,這種超強粘彈性主要源于足腺分泌的粘蛋白(含有10%的3,4-二羥基苯丙氨酸DOPA,類兒茶酚結構基團)與三價鐵離子(Fe3+)通過化學配位和共價交聯作用形成的高分子網狀彈性聚合物。受此啟發,研究團隊通過自氧化聚合將多巴胺(DA)均勻修飾在二維層狀雙金屬氫氧化物(LDH)表面,形成聚多巴胺仿生界面(LDH@PDA);利用含兒茶酚基團的單寧酸(TA)與Fe3+的金屬-有機絡合反應,在LDH@PDA上錨定具有多孔結構的金屬-多酚網絡(MPNs),借助PDA和MPNs的界面協同互作,賦予材料更多表面活性位點,進而提升其粘附和吸附特性。
       結合納米結構表征和物理化學性能分析技術,本研究發現LDH@PDA@MPNs具有隨機卷曲顯微結構和海綿狀或泡沫狀表層,與貽貝附足足絲-黏蛋白的生物有機界面構造和微觀形貌十分相似。研究結果證實了該仿生材料可通過π-π共軛和氫鍵作用的協同識別原理對農業化學污染物孔雀石綠和結晶紫進行高選擇性吸附,揭示了其污染控制去除機理遵循Freundlich靜態吸附模型、偽二階動力學吸附模型和熱力學自發吸熱過程,最大吸附量分別為89.608 mg/g 和40.481 mg/g。該研究為制備新型仿生納米吸附材料,研發污染控制去除技術,提高農產品質量安全水平提供了新路徑。
       中國農業科學院蔬菜花卉研究所為論文第一完成單位,蔬菜花卉研究所碩士研究生高明坤和徐東輝研究員為共同第一作者,徐東輝研究員、王靜教授(質標所)和劉廣洋副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、國家大宗蔬菜產業技術體系及中國農科院科技創新工程等項目的資助和農業農村部蔬菜質量安全控制重點實驗室的支持。
       文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126609

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