莱斯大学的迈克·威廉姆斯 通过在金属有机框架(MOF)的结构中引入缺陷，莱斯大学的研究人员发现，他们可以增加MOF可以容纳的称为全氟辛烷磺酸(PFOS)的有毒污染物的数量，以及从严重污染的工业废水中吸附它们的速度。
学分:切尔西·克拉克/莱斯大学 用有缺陷的过滤器清除水中的污染物听起来是不可能的，但是莱斯大学化学工程师最近的一项研究发现，合适大小的缺陷有助于分子筛在更短的时间内吸收更多的全氟辛烷磺酸
在美国化学学会杂志《美国化学学会可持续化学与工程》的一项研究中，莱斯大学的研究人员王敏德、切尔西·克拉克和他的同事们表明，一种高度多孔的瑞士奶酪状纳米材料——金属有机框架(MOF)——能够更快地从污染的水中吸收全氟辛烷磺酸，并且当MOF中形成额外的纳米尺寸孔洞(“缺陷”)时，它可以容纳更多的全氟辛烷磺酸
几十年来，全氟辛烷磺酸一直用于抗污织物等消费品中，是被称为“全氟烷基物质”(PFAS)的有毒化学品家族中最著名的成员，美国环保局(EPA)将其描述为“在环境和人体中非常持久，这意味着它们不会分解，并且可以随着时间的推移而积累”
" 莱斯大学化学与生物分子工程系教授兼主席、化学教授黄说:“我们正在朝着正确的方向迈出一步，开发能够有效处理工业废水的材料，其总PFAS污染水平为十亿分之几和百万分之几，使用颗粒活性炭或活性污泥系统等现有技术很难做到这一点
" 王说，金属离子与称为接头的有机分子相互作用时自组装的三维结构多孔膜似乎是修复全氟辛烷磺酸的良好候选材料，因为它们具有高度的多孔性，在以前的应用中已被用于吸收和容纳大量特定的目标分子
例如，一些多器官功能衰竭的表面积每克大于一个足球场，并且记录了20，000多种多器官功能衰竭
此外，化学家可以通过修补合成或产生它们的化学配方来调整多孔质的性质——改变它们的结构、孔径和功能
赖斯的全氟辛烷磺酸吸附剂就是这种情况
克拉克是王氏催化和纳米材料实验室的研究生，他从一种被称为UiO-66的特性良好的多孔材料开始，进行了数十项实验，观察不同浓度的盐酸如何改变最终产品的性质
她发现她可以用这种方法引入各种尺寸的结构缺陷——比如制作带有超大孔的瑞士奶酪
“大孔缺陷本质上是它们自己通过疏水相互作用吸附全氟辛烷磺酸的地方，”克拉克说
“它们通过增加全氟辛烷磺酸分子的空间来改善吸附行为
" 通过在金属有机框架(MOF)的结构中引入缺陷，莱斯大学的研究人员迈克·王(Mike Wong)和切尔西·克拉克(Chelsea Clark)发现，他们可以增加MOF可以容纳的称为全氟辛烷磺酸(PFOS)的有毒污染物的数量，以及从严重污染的工业废水中吸附它们的速度。
学分:杰夫·菲特洛/莱斯大学 克拉克测试了不同大小和缺陷数量的UiO-66变体，以确定哪种变体在最短的时间内从严重污染的水中吸收了最多的全氟辛烷磺酸
“我们认为，引入随机的大孔缺陷，同时保持大部分多孔结构，在提高多孔膜的吸附能力方面发挥了重要作用，”她说
“这也保持了快速吸附动力学，这对于接触时间短的废水修复应用非常重要
" 王说，这项研究的重点是全氟辛烷磺酸的工业浓度，这使其有别于大多数以前发表的工作，这些工作侧重于清洁受污染的饮用水，以满足目前联邦标准的70万亿分之一
虽然活性炭和离子交换树脂等处理技术可以有效清除饮用水中低浓度的全氟辛烷磺酸，但它们对处理高浓度工业废物的效果要差得多
尽管自2009年以来，全氟辛烷磺酸的使用一直受到国际条约的严格限制，但这种化学品仍被用于半导体制造和镀铬，在这些行业，废水中的全氟辛烷磺酸含量高达每升水1克，约为美国环保局目前安全饮用水限量的140亿倍
“一般来说，对于碳基材料和离子交换树脂，当你增加材料的孔径时，在吸附能力和吸附速率之间有一个平衡，”王说
“换句话说，一种材料吸收和捕获的全氟辛烷磺酸越多，填充所需的时间就越长
此外，碳基材料已被证明在去除废水中的短链全氟辛烷磺酸方面大多无效
“我们发现，我们的材料结合了高容量和快速吸附动力学，对长链和短链全氟烷基磺酸盐都有效，”他说
王说，就成本而言，很难击败碳基材料，因为活性炭几十年来一直是环境过滤的支柱
“但是如果多器官功能衰竭的生产规模足够大，这是有可能的，”他说
“有几家公司正在研究UiO-66的商业规模生产，这也是我们在这项研究中选择与它合作的原因之一
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