基于非線性光學物質制備去除汞修復材料獲進展

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汞是一種不可降解的毒性重金屬，主要來源于自然和人為污染。其以多種形態賦存，尤其甲基汞的毒性最強，甲基汞具有生物富集和生物放大特性，對神經系統造成嚴重損傷。而厭氧環境下，汞離子被轉化為毒性更強的甲基汞。汞離子污染的治理，有利于減少甲基汞的形成，并實現汞污染的修復。汞離子的修復主要包括吸附固定和還原去除。

中國科學院南京土壤研究所蔣新研究員團隊近日選用非線性光學物質DMABR（對二甲氨基亞芐羅丹寧），以硅酸鹽礦物海泡石作為載體，溴代丁烷和溴代癸烷為季銨鹽修飾原材料，經一步水熱合成的綠色方法，成功制備出了高效去除汞污染的硅基底材料（SD、SD-BB和SD-DB），實現有機源電子供體對汞離子的吸附固定和還原去除。海泡石負載可以增加DMABR的極性和穩定性；通過直接添加季銨鹽原材料非典型叔胺DMABR和溴代烷烴，實現了對海泡石載體的季銨鹽改性。DMABR作為典型的非線性光學材料，含有對汞離子具有高親和力的功能團結構，有利于對汞離子強吸附絡合。其較大的分子極化率和分子內電子轉移現象（ICT）的存在，賦予非線性光學材料中的非定域電子傳遞至主要絡合官能團的能力，實現對汞離子吸附絡合和還原。基于紅外光譜、掃描電子顯微鏡、紫外可見吸收光譜和拉曼光譜的研究證明，經一步水熱合成過程，DMABR以氫鍵和N-Si共價鍵負載在海泡石上，并被解束的海泡石纖維均勻分散。該SD材料對汞表現出較高的去除效果，并具有非常好的循環穩定性。該SD材料在干擾金屬離子和有機組分（腐殖酸）的影響下，仍表現出極好的去除效果。研究團隊基于X射線光電子能譜、紫外可見吸收光譜和拉曼光譜進一步揭示了該材料修復汞污染的機理：汞離子首先與C、-COO-和N絡合，并形成攜上峰型的衛星峰；隨汞離子濃度增加，SD材料的長鏈多硫（L-Sx, S6~8 or S6~8n-）在汞離子脅迫下分解為S22-，進一步形成α-HgS，同時N上配位數增加，產生不對稱的絡合產物，同時，伴隨還原產生單質汞，實現還原修復。最后，基于DMABR本身的光學特性，通過逐漸增加汞離子濃度，研究團隊進一步闡釋了SD材料對汞離子修復去除的動力學機制。該SD材料能夠實現汞吸附固定和還原去除，同時其熒光信號可指示吸附終點。該研究為基于有機源電子供體實現汞污染吸附和還原修復提供理論基礎，也為非線性光學物質可能參與的污染物生物化學地球循環提供了參考。

相關成果近期發表在Chemical Engineering Journal上，碩士研究生王韞橙為第一作者，卞永榮高級工程師為論文的通訊作者。該項研究工作得到國家重點研發專項和國家自然科學基金等項目的資助。