多巴胺功能材料在水污染控制中的应用

陈贺; 张帅其; 赵致雪; 刘萌; 张庆瑞

doi:10.7536/PC180823

化学进展 ›› 2019, Vol. 31 ›› Issue (4) :571-579 DOI: 10.7536/PC180823

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多巴胺功能材料在水污染控制中的应用

陈贺 ¹ ,
张帅其 ¹ ,
赵致雪 ¹ ,
刘萌 ¹ ,
张庆瑞 ¹^,²^,^**

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Application of Dopamine Functional Materials in Water Pollution Control

He Chen ¹ ,
Shuaiqi Zhang ¹ ,
Zhixue Zhao ¹ ,
Meng Liu ¹ ,
Qingrui Zhang ¹^,²^,^**

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摘要

多巴胺又名4-(2-乙氨基)-苯-1,2-二酚,具有官能团丰富,吸附位点多以及良好的生物相容性等众多优势,近年来,利用多巴胺研制纳米复合功能材料及环境应用是重要研究方向之一。本文从多巴胺结构特性以及自聚组装机理入手,介绍了将聚多巴胺涂布于不同基底材料进行改性,总结性能优异的多巴胺纳米复合材料的制备方法及在污水处理方面的应用进展及应用前景。

Abstract

Dopamine, known as 4-(2-ethylamino)-benzene-1, 2-diphenol, exhibits abundance in functional groups and active sites for adsorption, as well as good biocompatibility. Recently, an important research area has been emerging using dopamine based nanocomposite for environmental remediation. In this paper, the structural characteristics of dopamine and the mechanism of self-polymerization are introduced, and the polydopamine coating onto various substrates and the relative applications for wastewater treatment are discussed.

Graphical abstract

关键词

多巴胺 / 纳米材料 / 重金属 / 有机物 / 吸附

Key words

dopamine / nanomaterials / heavy metal / organic matter / adsorption

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陈贺, 张帅其, 赵致雪, 刘萌, 张庆瑞. 多巴胺功能材料在水污染控制中的应用[J]. 化学进展, 2019, 31(4): 571-579 DOI:10.7536/PC180823

He Chen, Shuaiqi Zhang, Zhixue Zhao, Meng Liu, Qingrui Zhang. Application of Dopamine Functional Materials in Water Pollution Control[J]. Progress in Chemistry, 2019, 31(4): 571-579 DOI:10.7536/PC180823

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1 Introduction

2 Structural properties and self-polymerization assembly process of dopamine

3 Application of dopamine functional materials in the field of adsorption

3.1 Dopamine functional materials adsorb heavy metals in water

3.2 Dopamine functional materials adsorb organic matter in water

4 Application of dopamine composites in the field of catalysis

5 Other applications of dopamine functional materials

6 Conclusion and outlook

1 引言

贻贝是一种常见的海洋生物,在高盐度、高pH的海水环境中,仍能够稳固附着于礁石、木材等固体的表面^{[1, 2]}。1983年,Waite^[3]通过对贻贝足盘黏附性能的研究,发现贻贝足丝特有的黏附特性主要来自于L-多巴(L-DOPA)和赖氨酸残基。2007年,Messersmith等^[4]利用多巴胺在含氧的弱碱性水溶液里发生氧化自聚的反应机制,首次制备出具有超强黏附性能的聚多巴胺涂层。自此,多巴胺仿生改性技术向多元化发展,广泛应用于生物医药、能源及功能材料等领域^[5,6,7]。近年来,在环境领域,利用多巴胺丰富的官能团及强黏附涂层特性对基体材料进行界面改性也逐步成为重点研究领域之一,通过改性可对水中重金属、染料及有机污染物实现深度吸附和催化氧化,应用于污染水体的净化与修复^{[8,9,10,11,12]}。

2 多巴胺的结构特性和自聚-组装过程

多巴胺的主要化学成分为儿茶酚胺类,其化学名称为:4-(2-乙氨基)-苯-1,2-二酚,其结构如图1 所示,多巴胺结构中同时具有氨基和邻苯二酚两种官能基团^{[13, 14]}。

在含氧条件下,多巴胺单体在水溶液中自聚生成低聚物,通过交联反应进一步生成高聚物,在非共价键协同作用下,自组装形成不同形态的组装体——聚多巴胺(PDA)^[15,16,17]。由于多巴胺复杂的氧化反应路线以及聚多巴胺的难溶性,多巴胺的组装机理以及聚多巴胺的分子结构尚无定论,图2 所示为目前文献中所提到的不同PDA结构^[18]。早期研究表明: PDA和天然黑色素的物理及化学性质接近,且自聚组装过程与真黑色素的合成路径类似^[19,20,21]。图3所示为多巴胺在水中的反应过程:首先,多巴胺利用1,4-迈克尔加成反应生成白色的多巴胺醌;然后通过氧化重排令其产生吲哚式结构——5,6双羟基吲哚;进而氧化成吲哚5,6-醌,通过接枝反应形成二聚体、八聚体等多种低聚物,最后与邻苯二酚和邻苯醌发生反歧化反应形成聚多巴胺^{[22, 23]}。Buehler等^[24]在真黑素模型的基础上,利用分子动力学(MD)模拟和密度泛函理论(DFT)进行计算,结果表明聚多巴胺和真黑色素主要以π-π键相互作用形成类似石墨的层状聚集体,并进一步推断聚多巴胺为四面体组装形成的低聚物。Liebscher等^[25]认为多巴胺与环化吲哚结构(DHI)不会在聚合过程发生链变化,而是通过苯环之间的C—C键共价连接,同时进一步证明PDA链排列主要通过平行或反平行方式的醌-氢醌型相互作用。Kang等^[26]根据多巴胺在酸碱条件下的表面引发聚合过程,提出了自由基聚合是形成聚多巴胺的可能路径。

避光有氧条件下,当多巴胺的浓度高于2 mg/mL时,可在三羟甲基氨基甲烷(Tris)缓冲溶液(pH=8.5)中反应生成多巴胺薄膜,随着反应时间延长,薄膜的厚度逐渐增加^{[27, 28]}。多巴胺的自聚-组装行为受到多巴胺浓度、温度、氧化剂、缓冲溶液等因素影响^[29,30,31]。儿茶酚氧化成邻醌是多巴胺聚合过程中的关键步骤,因此,研究者常采取通过增强氧化环境来加速多巴胺聚合,如利用过硫酸铵、高氯酸钠、金属离子等作为氧化剂^{[32,33,34,35]}。2017年,Zhang等^[36]发现以CuSO₄/H₂O₂为氧化剂更易形成聚多巴胺纳米粒子,1 h之内均匀沉积形成细小的聚多巴胺纳米聚合体(2~50 nm),这使PDA涂层更加紧凑稳定,更有利于对基体表面加以修饰,如图4所示。此外,紫外光、等离子体、超声波处理、微波辐射等物理调控手段也常用来加速聚多巴胺涂层形成^[37]。Levkin等^[38]发现紫外(UV)光等外部能量会产生自由基物质,从而触发聚多巴胺的形成。当利用酸性条件和UV光时,可以容易地控制PDA沉积的引发和终止^[39]。Wang等^[40]利用微等离子体电化学来加速和控制多巴胺的聚合,使多巴胺在硅片上的涂层沉降速率高达53 nm/h。

目前学者们根据不同需要,充分利用多巴胺具有易氧化自聚并且强黏附性的特点,而邻苯二酚在不同介质条件下黏附作用机制具有明显差异。图5所示为多巴胺与不同材料基体发生共沉积时潜在的

相互作用^[41]。基体材料经过多巴胺涂覆改性后,表层存在大量的邻苯二酚基团。当外界环境为碱性时,这些基团能够被氧化生成醌式结构,与含巯基、氨基和亚氨基的分子发生迈克尔加成或席夫碱反应可以直接固定功能性分子。多巴胺的邻苯二酚基团通过原位还原作用,可实现金属在材料表面的涂覆或沉积;此外,邻苯二酚基团能够与金属氧化物中的金属离子形成配位键,通过螯合作用将金属氧化物锚定在材料表面^{[42, 43]}。另有研究人员利用聚多巴胺作为活性模板,在其位点结合金属氧化物纳米粒子,制备出具有金属氧化物壳层的多巴胺纳米结构^{[44, 45]}。

3 多巴胺功能材料在吸附领域的应用

无机物、有机物、微生物是水中三大主要污染物,对污染物的有效控制是提高水质安全的核心。吸附法具有操作相对简单、运行成本低、净化效果优异等众多优势,成为水污染控制中最常用的方法^{[46, 47]}。由于多巴胺自身具有黏附、还原功能,且绿色无污染,利用多巴胺对基体材料进行改性,制备出具有丰富吸附位点和官能团的多巴胺功能材料,作为吸附剂应用在污水处理中^[48]。

3.1 多巴胺功能材料吸附水中重金属

重金属废水的深度净化是水质标准的重要保障,对重金属浓度的控制已成为世界性课题^[49]。Zhang等^[50]利用多巴胺在碱性环境下氧化自聚的聚合高分子材料直接制备聚多巴胺微球(PDA-MS),PDA-MS吸附Pb(Ⅱ)实验表明,8 min内快速达到吸附平衡,最大吸附量为165.8 mg/g,同时,在高浓度竞争离子(Ca(Ⅱ)/Mg(Ⅱ))共存条件下,微球紧密的结构转变为松散扩张状态,释放出更多的活性位点吸附水溶液中的Pb(Ⅱ),具有高选择吸附性。该研究工作中多巴胺微球具有较大的比表面积和丰富的茶多酚、胺基组分,能够快速稳定螯合水中铅离子,进而实现微量污染物的高深度净化。李鹏莉等^[51]将化学性质稳定且表面积大的碳纳米管和多巴胺溶于Tris-HCl中,通过磁力搅拌、离心及烘干处理制备得到新型的功能材料-多巴胺改性的碳纳米管(CNTs-PDA),用来吸附水体中的Pb(Ⅱ)。他们通过吸附动力学实验表明CNTs-PDA对Pb(Ⅱ)的吸附能力明显提高,吸附量达到34 mg/g,而在同样的实验条件下,CNTs对Pb(Ⅱ)的吸附量仅为18 mg/g。不同于单纯聚多巴胺吸附材料,聚多巴胺杂化(丰富胺基、羟基组分) 能够增强碳纳米管亲水性, 促进其分散及活性,进而提升碳纳米管对重金属的吸附能力。而聚多巴胺杂化构建,可实现茶多酚结构与高分散碳纳米协同强化吸附作用,提高对水中铅离子的吸附性能。Gao等^[52]先用Hummer方法将石墨粉合成石墨烯氧化物(GO),而后在石墨烯氧化物的水溶液中加入多巴胺,制备得到石墨烯水凝胶(PDA-GH)。如图6所示,在pH=6时,PDA-GH对Pb(Ⅱ)达到最佳吸附效果,最大吸附量为336.3 mg/g,其吸附效果明显强于水热合成石墨烯水凝胶(HT-GH)。多巴胺独特的还原性能够实现石墨烯三维结构自组装,从而使高效石墨烯环境应用成为可能。而三维石墨烯空间网状结构具有极大的表面活性,大大强化了对多种重金属的吸附性能。

Zhu等利用层状双氢氧化物(LDH)既具有水镁石的阳离子交换能力,又有中间层的阴离子交换能力的特点^{[54, 55]},将制备出的PDA微球在乙醇水溶液中搅拌超声后逐滴加入到含有Mg(NO₃)₂·6H₂O和Al(NO₃)₃·9H₂O的乙醇水溶液中,随后将混合后的悬浮液置于60 ℃恒温环境中,合成新型分层核壳PDA@MgAl-LDHs^[53]。通过吸附水体中放射元素铀和铕的动力学研究表明,PDA@MgAl-LDHs对铀和铕的吸附量随着震荡时间的延长明显增加,大约2 h达到吸附动力学平衡,pH=5.5~8.0时达到最高吸附水平,吸附率可达到90%,对铀和铕的最大吸附量分别达到142.9 mg/g和76.0 mg/g。PDA@MgAl-LDHs作为典型的核/壳结构纳米微粒,聚多巴胺微球主要为核心载体,其亚微米级尺寸大大提高了常规LDH 吸附材料应用动力学,而外表面(壳层)纳米级Mg-AL 氧化物羟基结构进一步实现对放射性核素的高效吸附。 Yang等^[56]通过表面引发单电子转移活性自由基聚合(SET-LRP)与聚多巴胺建立一种新型的核/壳磁性纳米材料(MNPs),

制备方法如图7所示。首先在Fe₃O₄核上沉积PDA封装层,并为2-溴异丁酰溴(BiBB)的锚定形成宏引发剂提供了模板,以Cu(0)/Me₆TREN为催化剂在PDA表面生长聚丙烯腈,然后转化为偕胺肟(AO)官能化聚合物刷,最终制备出Fe₃O₄@PDA@PAO。Fe₃O₄@PDA@PAO存在大量AO配体,对铀具有强结合的能力,通过一系列吸附批次实验测得最大吸附量为q_e=162.5 mg/g,从吸附动力学角度来看,吸附过程符合伪二级动力学模型。同时,该材料具有顺磁的特性,可以用磁铁将Fe₃O₄@PDA@PAO与铀分离。Fe₃O₄@PDA@PAOMNP有效浓缩和分离铀的潜力,为SET-LRP技术和PDA结合的多功能表面改性纳米材料提供了更广泛的应用。在该研究工作中,磁性Fe₃O₄作为核心结构, 有助于实现吸附剂分离与回收。而聚多巴胺涂层作为重要黏附界面,使Fe₃O₄(核)与PAO(壳) 结构有序组装,而PAO 特有的胺基官能团能够实现对铀的高度浓缩和深度净化。

Wu等^[57]首先利用溶剂热法制备均匀的Fe₃O₄MNPs,并在乙醇Tris溶液中超声,而后逐滴加入10 mL已溶解0.2 g多巴胺的乙醇水溶液,将混合液在25 ℃机械搅拌,通过时间来控制封装在Fe₃O₄MNPs上的PDA的厚度,得到Fe₃O₄@PDA复合材料。pH=5.0时,Fe₃O₄@PDA材料对铀经过三个阶段吸附逐渐达到吸附平衡,吸附量达到q_e=44.5 mg/g。

此外,多巴胺还可作为重要涂层功能修饰各种吸附材料,由于多巴胺亲水特性以及表面茶多酚、胺基官能团结构,能够显著提高常规吸附材料的应用性能。李创等^[58]利用多巴胺与氧化石墨烯纳米片相结合制备出聚多巴胺/还原氧化石墨烯复合材料(PDA/RGO),该材料与纯石墨烯(GO)相比,平均粒径和孔宽明显增加,极大地提高了对Fe(Ⅲ)的吸附性能,最大吸附量达到59.1 mg/g。Yang等^[59]将多巴胺在沸石表面氧化成聚多巴胺用来吸附水体中的Cu(Ⅱ)。改性后的沸石虽然比表面积较小(4.57±0.30 m²/g),但是多巴胺中的—OH、—NH₂官能团和儿茶酚对Cu(Ⅱ)具有强络合作用,使其具有极高的吸附能力,吸附量比天然沸石高出了近90%,高达28.58 mg/g。

目前利用多巴胺复合材料吸附水中的重金属研究较为广泛,在重金属水污染控制工程中的应用已取得大量成果。从文献报道来看,多巴胺改性后复合材料对重金属的吸附效果明显优于基体材料。一方面,PDA表面官能团(—OH、—NH₂)具有大量的吸附位点,以及邻苯二酚基团能与含胺和硫醇的分子发生迈克尔加成反应、席夫碱反应,这提高了与金属发生螯合作用的能力。同时,大量的官能团能够氧化还原基底材料中部分含氧官能团,改变基体材料形貌,提高重金属离子与细微位点的碰撞几率,增加对重金属的吸附容量。

3.2 多巴胺功能材料吸附水中有机物

工业染料是水体有机物污染的重要污染源,工业废水的染料去除是水体排放前处理的重要阶段^{[60, 61]}。聚多巴胺丰富的苯系结构通过π-π作用与多种染料形成稳定络合,有助于染料废水的深度净化和资源利用^[62]。Fu等^[23]使用PDA微球吸附水溶液的亚甲基蓝(MB),结果表明,当pH=10时,去除率达到98.62%,最大吸附量为90.7 mg/g。大量酚类基团使PDA微球材料表面带有负电荷,与阳离子染料MB发生静电相互作用,同时PDA微球含有的丰富芳环,亦可与具有芳香骨架的MB发生π-π堆积相互作用,使PDA微球弱碱性溶液环境具有更强的吸附能力。陈中辉等^[63]研究了PDA微球对多种有机染料的吸附效果,实验发现阴离子染料的平衡吸附量要显著低于阳离子染料和中性染料,说明聚多巴胺和阳离子染料分子之间的静电作用是吸附过程中重要影响因素。在有机污染控制领域,除了作为吸附剂,聚多巴胺还能够提供黏附界面,实现多功能介质复合,进而协同促进污染物深度净化。Xie等^[64]利用改性溶剂热法制备Fe₃O₄@PDA微球后,进一步在银氨溶液中反应,成功制备出Fe₃O₄@PDA-Ag核/壳纳米球,如图8a所示。将Fe₃O₄@PDA-Ag核/壳纳米球加入到MB溶液中,通过连续紫外-可见光谱所示,可观察到λ_max吸收峰吸附20 s后明显下降,500 s后吸收峰消失,这表明材料能够快速吸附MB染料(图8b)。该研究工作中,聚多巴胺涂层功能设计具有还原特性,能够实现Ag(Ⅰ)-Ag(0)原位还原,而聚多巴胺特有的π-π结构,能够对亚甲基蓝等芳香族污染物高度富集,进而协同纳米尺寸Ag(0) 高效吸附亚甲基蓝污染物。Dong等^[65]将石墨烯氧化物(GO)与含有多巴胺的Tris-HCl溶液反应,制备出具有高比表面积的PDA/GO复合材料,PDA/GO复合材料对含有Eschenmoser结构的染料亚甲基蓝(MB)、甲基紫(MV)、碱性品红(BF)、考马斯亮蓝(CBB)、罗丹明B(RHB)、孔雀石绿草酸盐(MGO)的吸附量高出GO和PDA的吸附量十倍以上,而对于中性红(NR)和甲基橙(MO)的吸附效果却并不突出。王玮等^[66]利用羧基官能团之间的酯化反应合成了一种PVA/PAA/GO-COOH,通过控制在多巴胺溶液中的反应时间,制备出具有不同PDA涂层厚度的PVA/PAA/GO-COOH/PDA纤维膜。复合材料纤维对亚甲基蓝的吸附效果显著,在200 min内可以达到吸附平衡。通过对比不同浸泡时间制备的PVA/PAA/GO-COOH/PDA纤维膜的吸附效果,发现若浸泡时间过长,会导致PDA涂层过多、过厚,不利于PVA/PAA/GO-COOH/PDA纤维膜对染料的吸附。

目前多巴胺功能材料吸附水体中有机物的研究主要集中在阳离子染料,尤其是具有Eschenmoser结构的染料。主要是因为PDA上的π-π键、范德华力以及静电吸附作用,使其对阳离子染料有更好的吸附效果,同时染料的Eschenmoser结构可以使PDA与染料之间发生迈克尔加成反应,提高对染料的吸附效果。而对于水体中的农药、有机酸、油脂等有机污染物的吸附研究报道较少。

4 多巴胺复合材料在催化领域的应用

催化是去除水体中芳香硝基化合物和有机染料最有效的方法之一^[67]。比表面积大且化学活性高的金属纳米粒子常作为降解催化剂,但是纳米粒子在溶液中会出现团聚现象,减弱其催化活性,此外微小的尺度造成分离困难,所以将聚合物与金属纳米粒子结合更能够发挥出纳米粒子特点^{[68, 69]}。Zhang等^[70]合成了一种Fe₃O₄@Polydopamine@Au微球,在其催化条件下,快速净化含有对硝基苯酚的污水,并且不产生二次污染。Mao等^[71]制备出具有核/壳结构的TiO₂ @聚多巴胺纳米复合材料,当多巴胺厚度为1 nm时可完全催化降解罗丹明B(RhB),并且重复使用8个循环后,仍具有良好的催化效果。刘书君等^[72]在合成表面负载型的聚多巴胺/金(PDA/Au)微球后进一步制备出中空Au-PDA复合微球,发现亚甲基蓝紫外峰值逐渐消失,溶液蓝色变为无色,表明中空Au-PDA微球催化活性较好。Wang等^[73]合成了Au@PDA(AP)和Au@PDA@Au(APA),实验监测对4-硝基苯酚的裂解,并计算了催化期间充电/放电效率,为催化过程中电子转移开辟了新的道路。闫孟飞等^[74]在SiO₂表面制备了一层聚多巴胺,借助于PDA的还原性还原四氯金酸,从而制备出一种负载型金纳米颗粒,研究结果表明,该种负载型金纳米颗粒对亚甲基蓝和对硝基苯酚具有良好的催化效果。

许枭然等^[75]借助于聚多巴胺微球的还原性还原硝酸银,使银纳米离子负载到微球表面,制备出银纳米粒子/聚多巴胺微球(AgNPs/PDS),通过紫外可见吸收光谱对实验结果检测,发现AgNPs/PDS使4-硝基苯酚的还原速度明显提升;从X射线光电子能谱分析来看,PDS中的含氧基团和含氮基团,能够增强AgNPs的稳定性。Choi等^[76]通过简单的PDA浸渍法使反蛋白石(IO)基体改性,并在惰性和疏水性的催化膜上合成了Ag纳米颗粒,如图9所示。PDA涂层不仅改善了渗透亲水性,同时成功地降低Ag纳米颗粒生长的成核位点。他们把含有Ag纳米颗粒结合的IO结构作为催化膜(Ag-PDA-IOs),将4-硝基苯酚还原成其氨基衍生物。Ag纳米颗粒的高反应性和IO结构的内表面积,使催化性能大幅提升,转化效率高于99%,并降低了膜渗透性。

5 多巴胺复合膜在水污染控制领域的应用

聚多巴胺纳米粒子(PDANPs)具有强界面相容性和分散性,是一种普遍采用的改性聚合物材料^{[77, 78]}。Yang等^[79]利用PDA对复合聚酰胺反向渗透膜进行抗菌改性,在膜的表面涂覆一层PDA,PDA中的儿茶酚基团使AgNO₃溶液里的Ag(Ⅰ)在没有化学药剂的情况下就能均匀附着在膜层上,Ag的表面覆盖率高达18.5%。银负载膜对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌均有抑制效果。经多巴胺改性后,膜的亲水效果提升,进而增强水通量,这使得反向渗透膜的工程应用性显著提高。Zhang等^[80]利用PDA在聚酰胺膜表面附着TiO₂纳米颗粒,改性后膜的截盐性明显增强,2000 ppm进料条件下,对MgSO₄的截留率从80.3%增加到87%。Cao等^[81]将聚多巴胺膜涂覆在不锈钢网表面,通过迈克尔加成反应将正十二烷基硫醇(NDM)与PDA膜共轭,制备的网状物显示出高度的疏水性,可以用于分离汽油、柴油等一系列油/水混合物,并且使用30次后仍具有较高的分离效率。Hou等^[82]首先通过简单的黏附原理合成出一种新型的纳米复合材料Fe₃O₄@GNSs,然后利用PDA进一步功能化Fe₃O₄@GNSs(Fe₃O₄@GNSs-PDA)共同应用于赤藓糖多糖脂肪酶固定化,Fe₃O₄@GNSs-PDA具有高酶素能力、高酶活性和稳定性等优点,并可降低酶损失,将来可应用于生物催化、遗传和工业等方面。

6 结论与展望

多巴胺通过氧化自聚作用形成黏附力极强的聚多巴胺,涂覆在各种基体表面。经过多巴胺改性后的基体表面存在氨基、亚氨基、邻苯二酚等功能基团,这些基团在适当溶液环境中能够发生迈克尔加成反应、席夫碱反应,增加了基体材料的络合能力、还原能力并提供了更多的吸附位点。多巴胺功能材料在污水处理中,对众多重金属、有机染料等污染物表现出优异的吸附性能,提高了对污染物的选择性吸附性能,这对材料实际应用于自然水体污染处理是尤为关键的;并且多巴胺功能材料显著提高了催化性能,快速催化还原合成染料、芳香族污染物等。除此之外,多巴胺功能材料在生物相容性、疏水性等方面也展现出了良好的性能。综上所述,多巴胺改性后的功能材料具有非常广阔的应用前景。

目前,由于多巴胺聚合理论不够完善,尚不能在分子尺度上明确聚合过程中多巴胺的精确结构和聚多巴胺组分,使多巴胺功能材料难以标准化、工业化制备;且在实际污染水体处理过程中受到流速、微生物等复杂的外界环境条件影响,而多巴胺功能材料在水污染控制中的作用机理尚处于实验探索阶段,对反应动力学和中间反应产物还缺乏相应的研究,制约了多巴胺功能材料在水污染控制工程的实际应用。

因此,要进一步深入研究多巴胺吸附机理,明确其聚合机制、中间产物以及反应过程,提高聚多巴胺沉积的可控性,充分利用邻苯二酚基团物理化学性质的多功能性,制备出优于传统材料的高价值、高性能、高稳定性的新型多巴胺功能材料,扩大多巴胺的应用范围,挖掘其在水污染控制方面的潜力。值得关注的是,类似于多巴胺的其他含有邻苯二酚基团化合物如苯三酚(HHQ)、天然植物多酚单宁酸(TA)等在特定的环境中可自氧化形成涂层,目前也被广泛应用于基体改性,制备功能性吸附材料。单宁酸中的疏水芳香环和亲水酚羟基,易与各种分子或基团发生疏水、氢键、π-π堆叠等多种相互反应并具有抗氧化、抑菌性能,此外,单宁酸分子内含的大量邻苯二酚和邻苯三酚结构,可与金属离子发生螯合反应进一步自组装成为含有多种活性官能团的金属-酚网络涂层,具有高反应化学活性,生物相容性好的特点,甚至表现出相比多巴胺功能化吸附材料更为优良的性能,为制备功能化吸附材料提供了新思路。

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