开发具有高表面积、纳米级孔隙率和强大水下稳定性的纳米纤维气凝胶被认为是设计下一代高效萃取介质的最有前途的策略之一，但仍面临着巨大挑战。

近期，东华大学唐佩馨副研究员提出基于细菌纤维素纳米纤维（BCNs）辅助界面工程策略，可将多孔有机聚合物（POPs）尺寸重新排列为超弹性仿雾凇结构气凝胶。该策略促进了POP和BCN之间的微互锁，显著提高了POP颗粒在POP/BCN界面的附着强度。因此，优化的气凝胶（PNAs）表现出优异的水下弹性和抗压缩疲劳性能（500次压缩循环后约0%塑性变形），以及高BET表面积（305.44 m²/g）和分层孔隙率（包含微孔/中孔/大孔），这主要归功于POP颗粒的超高负载（83.33wt%）。鉴于具有上述特征，加之在汉森溶解度参数理论指导下对洗脱溶剂的精心选择，PNAs表现出卓越的微污染物吸附能力（～250 mg/g）和洗脱效率（样品浓缩50倍）。总之，这种材料的成功制备对下一代分层多孔纳米纤维气凝胶基水处理萃取介质的开发具有一定的激励和指导作用。

图1.a）PNAs的制备过程。b）尺寸可控的PNAs的照片。c-e）PNA的不同放大倍率SEM图像。c）的插图显示了PNA5的光学图像。f）雾凇结构照片。g）BCA和PNAs的FTIR光谱，h）TGA，以及i）DTG曲线。

图2.a）PNAs中界面工程相互作用的示意图。b）BCN和POP类似物以及POP和POP类似物之间形成的复合物的ESP。以氢键为主的c）POP/BCN复合材料和以π-π相互作用和氢键为主的POP/POP复合材料形成的吉布斯自由能变化。

图3.a）PNA5在水中浸泡不同时间的稳定性。b）第一次压缩循环时BCA和PNAs的水下压缩应力-应变曲线，c）最大应变下PNA5的水下压缩应力-应变曲线，d）500次压缩循环下PNA5的水下压缩应力-应变曲线。e）PNA5在不同压缩循环后的塑性变形。插入照片显示了PNA5在水中的一个压缩恢复循环。f）BCA和PNAs在77K下的N₂吸附-解吸等温线和g）BJH中孔尺寸分布。h）基于HK和BJH模型获得的PNA5的中孔尺寸分布。i）BCA和具有不同POP负载量的PNAs的BET表面积和孔体积。

图4.a）含PNA5填充柱的微污染物过滤和萃取设置。b）BCA和不同PNAs对20mL 15mg/L MP溶液的萃取曲线和c）过滤效率。d）不同过滤通量下，PNA5对20mL 15mg/L MP的过滤效率。e）在不同pH条件下处理24小时前后PNA5的过滤效率和f）容量与pH的函数关系。g）PNA5的过滤效率和容量与离子强度的函数关系。h）不同水下压缩循环后PNA5对MP的过滤效率。

图5.a）PNA5吸附MP的伪一级动力学，b）伪二级动力学，以及c）Morris-Weber颗粒间扩散模型。

图6.a）PNA5在微污染物萃取中的应用和再生示意图。b）纯溶剂、以及c）ACN/CHCl₃、d）ACN/MeOH和e）ACN/EtOH的混合溶剂体系从PNA5中洗脱MP的效率。

图7.a）HSP理论指导下的最佳洗脱溶剂选择示意图。b）单一溶剂对MP的洗脱效率（10mL溶剂）。混合溶剂系统的洗脱效率（用2mL溶剂）和HSP距离：c）ACN/CHCl3混合物，d）ACN/EtOH混合物，和e）ACN/MeOH混合物。

图8.a）不同过滤体积下PNA5的MP微污染物洗脱曲线以及b）洗脱效率和浓度比。在不同的c）洗脱通量、d）pH值和e）离子强度下，使用6/4 ACN/MeOH的MP洗脱效率。f）PNA5对MP的重复吸附-洗脱循环。

图9.a）在水环境系统中使用最佳萃取条件的MP过滤和洗脱曲线。使用汉森溶解度参数理论指出的最佳和最差洗脱溶剂时，PNA5对b）BPA、c）DZ和d）CM的过滤和洗脱曲线。

该工作以“Interfacial engineered, hierarchically porous, and underwater superelastic nanofibrous aerogels with rime-mimetic structure for superior micropollutant extraction”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146290）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146290