SiO2介孔纳米颗粒对有机磷毒害物具有显著脱毒作用

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SiO2介孔纳米颗粒是一种具有超高比表面积、有序介孔结构、颗粒尺寸小于100纳米、生物兼容性好的功能材料。目前,针对SiO2介孔纳米颗粒的应用研究主要集中于催化、药物缓释以及气体吸附等领域。然而,SiO2介孔纳米颗粒对有机磷挥发物(如很多农药及其残留物)具有脱毒性能却鲜为人知。

近期,中国科学院上海微系统与信息技术研究所李昕欣研究员及其研究团队在利用介孔纳米颗粒(MSNs)进行有机磷蒸气的脱毒性能及机制研究方面取得重要进展。他们以自主研发的谐振式微悬臂梁为敏感平台研究SiO2介孔纳米颗粒的微质量敏感性能时,意外发现未经任何表面功能化修饰的SiO2介孔纳米颗粒在吸附有机磷分子后,该传感器并未发生常见的近于完全脱附的现象。为了解开这一实验谜团,他们利用该课题组近期发明的变温称重法,证实SiO2介孔纳米颗粒与典型有机磷模拟剂DMMP之间的反应热达到了97kJ/mol。这一热力学数据意味着有机磷分子与SiO2介孔纳米颗粒的硅羟基活性基团可能发生了化学反应。这一推论随即被固体核磁共振谱、傅里叶变换红外光谱与气质联用仪(GC-MS)的系统表征所验证。据此提出了有机磷分子中的甲基等功能基团会与SiO2介孔纳米颗粒表面的活性硅羟基发生取代脱毒反应机制。利用该材料进一步研究了其对敌敌畏农药的脱毒效果:使用氮气作为载气将敌敌畏从实毒乳剂中吹扫出来,并通过填充有SiO2介孔纳米颗粒的反应器,使用GC-MS对其反应废气进行定性检测。最终在敌敌畏反应废气中并未检测到敌敌畏分子,只检测到了敌敌畏的水解产物——磷酸二甲酯。这是由于敌敌畏农药中的水分子对SiO2介孔纳米颗粒的硅羟基基团具有活化作用,因此其脱毒效果较高纯的DMMP模拟剂更为明显。该结果证明SiO2介孔纳米颗粒对有机磷农药分子具有显著的脱毒效果。这一研究扩展了SiO2介孔纳米颗粒在有机磷农药脱毒方面的应用。由于该材料具有可低成本生产的优势,因此该成果也为高效解毒材料和廉价防毒面具(口罩)的开发与应用寻找到了新的科学途径。相关论文近日发表于期刊Small (Pengcheng Xu, Shuanbao Guo, Haitao Yu, and Xinxin Li, Mesoporous Silica Nanoparticles (MSNs) for Detoxification of Hazardous Organophorous Chemicals, Small, 2014, Vol.10, No. 12, pp. 2404–2412.)。

相关研究得到了国家973计划(2011CB309503)、国家自然科学基金纳米制造重大研究计划(91323304)、科技部科技支撑计划(2012BAK08B05)以及传感技术国家重点实验室的资助。