尿中取材氨氮污染源头资源化研究获进展
2023-09-12 07:06 来源：每日看点快看
本文转自：中国科学报
本报讯（记者张双虎）近日，华东理工大学教授杨雪晶与美国阿肯色大学助理教授郭蕾等合作，以水稳定的MOF-808为基体，采用精准多位点后修饰策略，将尿液中的尿素原位转化为氨氮并吸附回收，形成模块式可视化尿液资源回收系统。相关研究成果发表于《德国应用化学》。
占城市水体积1%的人类尿液，富含70%以上的活性氮，将其进行源头分离既可以源头控制水体中营养素的来源，又可实现资源高附加值循环利用。然而尿液中的尿素与水的氢键作用极强，其分离与转化都极具挑战。
MOF-808是目前水稳定性最高的MOF材料之一。研究人员采取精准的后修饰手段，对MOF-808进行多重精准修饰。通过脲酶氨基残基与羰基形成酰胺键，共价固载脲酶量较高，其对尿素的水解速率与天然脲酶基本可比，稳定性更提升了3倍以上。
与此同时，研究人员通过配位作用将二羧酸分子结合在MOF骨架上，进而增强对铵根离子的静电吸附作用，其中以草酸为封端的材料体系吸附容量大、吸附速率快，可在1分钟内实现吸附平衡，并可稳定脱附再生。
结合分子动力学模拟发现，铵根离子与羧酸根形成稳定的密堆型离子加合物，其中草酸修饰的MOF-808具有最优的孔道修饰，且与铵根离子的结合能最高。更进一步，研究人员设计性引入铜配位结合在MOF骨架的金属结点，使材料可与溶液中的游离氨分子发生显色反应，从而对尿液氮回收中氮元素的转化、吸附及再生过程全程进行可视化显示。
该研究不仅进一步拓展了MOF材料在环境领域的应用场景，也为氨氮污染源头控制和资源回收提供了新颖的、模块化的解决方案。
