亚胺键共价有机框架中π-π协同作用与氢键效应对生物质水解液中5-羟甲基糠醛的选择性吸附机制研究

本研究通过设计三种亚胺键共价有机框架（COFs），利用其高比表面积（748–1187?m2·g?1）和π-π/氢键协同作用，实现了对生物质水解液中5-羟甲基糠醛（5-HMF）的高选择性吸附（184?mg·g?1），并揭示其分子机制，为生物基平台化合物的绿色分离提供了新材料与理论支撑。

　　

Highlight

亚胺键共价有机框架（COFs）通过π-π堆叠和氢键的协同作用，在水溶液中实现了对5-羟甲基糠醛（5-HMF）的高效选择性吸附（184?mg·g^?1），同时对共存酸类和糖类物质（如甲酸和葡萄糖）无显著吸附，展现出优异的循环稳定性（5次循环后吸附保持率>90%）。

Materials

实验采用1,3,5-三(4-氨基苯基)苯（TAPB）、三嗪三胺（TAPT）等单体与均苯四甲酸（PMA）缩聚合成COFs，所有试剂购自中国供应商，包括南京春秋生物工程有限公司的5-HMF和麦克林的甲酸（FA）等。

Characterization of TAPT-PMA, TAPB-PMA, and TAPA-PMA

通过傅里叶红外光谱（FT-IR）证实亚胺键形成（N-H/O-H峰消失），X射线衍射（XRD）显示高结晶度，氮气吸附测试揭示其比表面积达748–1187?m²·g^?1，扫描电镜（SEM）显示稳定形貌。

Conclusion

TAPB-PMA和TAPT-PMA在5?g·L^?1初始浓度下分别实现184?mg·g^?1和124?mg·g^?1的5-HMF吸附量，密度泛函理论（DFT）计算揭示了氢键与π-π相互作用的关键贡献，为生物基化学品分离提供了新材料设计范式。