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本研究设计合成了一种基于席夫碱反应的COF材料（TFPA-TAPT-COF），其具有1810 mg/g的高金吸附容量、>10^4的选择性及五次循环稳定性，同时通过D-A结构产生ROS实现高效抗菌和抗生物膜性能，为复杂水体中金回收提供了新策略。
蔡雨欣|刘志村|叶轩宇|李欢|王嘉欣|常哲|陈春霞
教育部重点实验室（森林植物生态学），东北林业大学化学、化学工程与资源利用学院，哈尔滨，150040，中国
摘要
开发能够从复杂水环境中有效提取黄金并抵抗微生物污染的吸附剂对于黄金回收具有重要意义。然而，现有的吸附剂在实际水环境中的吸附性能和抗菌性能相对有限，这明显阻碍了它们在应用中的有效性。在这项工作中，设计并合成了一种含有亚胺键的共价有机框架（COF）结构（命名为TFPA-TAPT-COF）。TFPA-TAPT-COF表现出最大的吸附能力，达到1810 mg·g?1，同时具有优异的选择性（分配系数Kd > 104）和可重复使用性（最多可进行五次吸附-解吸循环）。这可能归因于其丰富的氮位点和较大的表面积。值得注意的是，该材料在真实的水环境中仍保持了其优异的吸附性能。此外，D-A结构赋予TFPA-TAPT-COF优异的活性氧（ROS）生成效率，从而使其具有抗菌和抗生物膜特性（对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的抑制率均超过80%）。这些发现为开发兼具高吸附性能和有效抗菌活性的黄金回收材料提供了一种有前景的策略。
引言
作为重要的贵金属，黄金由于其优异的导电性和化学稳定性，在电子工业、医疗设备和珠宝制造等领域发挥着关键作用[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]。随着全球电子废物的迅速增加和矿产资源的逐渐枯竭，从废水中高效回收金离子已成为可持续资源利用中的一个重要研究课题[7]。目前主流的黄金回收技术主要依赖于传统方法，这些方法在实际应用中存在明显的局限性[8]、[9]、[10]。与基于吸附的回收方法相比，这些传统技术在效率、成本效益和环境影响方面存在显著差距。尽管溶剂萃取在工业上应用广泛，但其金离子回收率通常较低。通过添加硫代硫酸盐等试剂实现的化学沉淀方法虽然提高了回收性能，但沉淀过程会产生大量含氰化物的废渣，从而增加了后续处理成本。离子交换方法则受到动力学缓慢的阻碍。相比之下，基于吸附的回收技术由于其显著的优势而成为研究热点，金属有机框架（MOFs）和多孔树脂是该领域常用的材料[11]。然而，目前报道的MOF材料在复杂环境中的稳定性和循环使用性仍存在问题。多孔树脂则存在再生困难以及吸附能力有限等问题。
共价有机框架（COFs）作为一种多孔晶体材料，具有高比表面积、可设计的孔结构和优异的化学稳定性，使其成为吸附领域的研究热点[12]、[13]。与传统吸附材料相比，COFs表现出更优异的吸附性能。引入富含氮和氧的活性位点可以显著提高对黄金的吸附能力。例如，2025年，Qiao等人利用迈克尔加成-消除反应精心设计并合成了两种含有高密度氮和氧活性中心的β-酮烯胺连接COFs（NKCOF-77和NKCOF-78），NKCOF-77的吸附能力达到了3225 mg·g?1[14]。通过引入含有氮、硫或其他官能团的功能单体，COFs可以实现对Au3+的特异性识别和高效捕获。2024年，Mei等人通过在COF结构中引入吡啶氮位点，开发了一种二维（2D）吖啶基共价有机框架，实现了对黄金的选择性检测和高效捕获[15]。
尽管该领域取得了显著进展，但大多数现有的COF吸附剂主要关注黄金回收，而忽视了回收溶液中存在的微生物问题。微生物可以附着在吸附剂表面或分泌含有多糖和蛋白质等生物聚合物的胞外聚合物[16]。这些生物聚合物由于其丰富的官能团，能够与重金属离子结合，导致竞争性吸附。这种现象直接减少了多孔吸附剂表面的活性位点数量，从而降低了吸附效率[17]、[18]。此外，细菌等微生物倾向于聚集形成难以破坏的强生物膜，进一步限制了吸附材料的实际效果[19]。
为了提高COFs的整体吸附性能，本研究通过Schiff碱反应合成了一个含有亚胺键的COF网络结构，该结构由2,4,6-三(4-氨基苯基)三嗪（TFPA）和三(4-甲酰苯基)胺（TAPT）缩合而成[20]。该结构中丰富的氮位点使得黄金吸附效率极高，表现出优异的选择性和可重复使用性。值得注意的是，该材料即使在复杂的实际水样中也能保持优异的黄金吸附效率。TFPA-TAPT-COF的供体-受体（D-A）结构在光催化条件下能够生成大量的活性氧，从而赋予其优异的抗菌和抗生物膜能力。这项研究为在解决实际水处理应用中的微生物干扰问题的同时实现高效黄金回收提供了一种新的策略。
合成与表征
使用粉末X射线衍射（PXRD）研究了TFPA-TAPT-COF的晶体结构。材料表现出高结晶性，这一点从4.38°处的明显且尖锐的衍射峰（图1b）可以看出，该峰对应于（100）晶面[21]。
傅里叶变换红外光谱（FT-IR）（图1c）证实了COF的成功合成。具体来说，TFPA-TAPT-COF在1654 cm?1处的峰表明亚胺键的成功形成
结论
总结来说，我们合成了一种用于复杂环境条件下黄金回收的双组分COF，命名为TFPA-TAPT-COF。通过包括PXRD、SEM-EDS和XPS在内的全面实验表征，以及DFT计算（HOMO-LUMO轨道、ESP和吸附能），发现静电吸引和Au(III)还原为Au(0)是主要的吸附机制。此外，TFPA-TAPT-COF的抗菌机制涉及
CRediT作者贡献声明
蔡雨欣：数据整理、研究、撰写——初稿。刘志村：研究、撰写——审阅与编辑。叶轩宇：研究、软件应用、撰写——审阅与编辑。李欢：资金获取、方法论设计、监督、撰写——审阅与编辑。王嘉欣：概念构思、方法论设计、软件应用、撰写——审阅与编辑。常哲：研究、方法论设计、撰写——审阅与编辑。陈春霞：概念构思、资金获取、监督、撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了中国博士后科学基金会（编号：2025M773798）、国家自然科学基金（编号：32370413）和中央高校基本科研业务费（编号：60201524033）的财政支持。
