伊利諾伊州埃文斯頓西北大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一種水凝膠，該水凝膠與基于鋯的堅固金屬有機框架 (MOF) 相結(jié)合，可快速降解化學(xué)戰(zhàn)中使用的基于有機磷酸鹽的神經(jīng)毒劑。與現(xiàn)有的粉末狀 MOF 吸附劑不同，這種水凝膠復(fù)合材料不需要加水，并且可以很容易地放大以用于防護面具或防護服。這項工作于 7 月 14 日發(fā)表在Chem Catalysis雜志上。
“基于有機磷酸鹽的神經(jīng)毒劑是人類已知的毒性最強的化學(xué)物質(zhì)之一，”資深作者、西北大學(xué)化學(xué)教授 Omar Farha 說。“它們在最近的全球沖突中的使用反映了對個人防護裝備的迫切需求，以及化學(xué)武器庫存的大量銷毀。在這項工作中，我們將 MOF 和含胺交聯(lián)水凝膠集成到布料中，以構(gòu)建適當?shù)奈h(huán)境以促進神經(jīng)毒劑的快速降解并提供實時保護。”
雖然 MOF 之前已經(jīng)證明了在實驗室中分解有機磷試劑和模擬它們的化學(xué)物質(zhì)的異?？焖俚哪芰?，但這些粉末狀吸附劑已被證明難以直接集成到防護布中。當神經(jīng)毒劑與其鋯 6 簇結(jié)合時，它們通常會使粉末和纖維復(fù)合催化劑失活。這個陷阱要求使用堿性溶液來再生 MOF 的催化位點——這一要求不會阻止這種 MOF 用于消除庫存的化學(xué)武器，但會阻礙它們在可穿戴防護裝備中的使用。
為了克服這一挑戰(zhàn)，F(xiàn)arha 及其同事設(shè)計了一種基于 MOF 的紡織復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用胺基水凝膠中的水來分解神經(jīng)毒劑。該材料通過將分解有毒有機磷試劑的水解反應(yīng)的三個關(guān)鍵成分結(jié)合在一起而發(fā)揮作用。MOF 的鋯節(jié)點提供了一個路易斯酸性位點，可激活磷中心(神經(jīng)毒劑的活性部分)，而水凝膠孔則捕獲必要的水。水凝膠骨架中的堿性胺基團產(chǎn)生羥基以促進對有機磷底物的親核攻擊和隨后水解產(chǎn)物在鋯中心上的置換(即催化轉(zhuǎn)化)。
研究人員將這種水凝膠復(fù)合材料與棉纖維結(jié)合在一起，并通過將一小部分模擬物或?qū)嶋H神經(jīng)毒劑(與美國陸軍實驗室合作測試)應(yīng)用于其表面進行測試。接下來，他們使用核磁共振波譜分析了產(chǎn)品和底物。他們發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合材料在短短 10 分鐘內(nèi)就化學(xué)轉(zhuǎn)化了 99% 的試劑，即使在密封小瓶中儲存 3 個月后仍能保持這種高水平的催化活性。
“與我們之前開發(fā)的復(fù)合材料相比，這里開發(fā)的復(fù)合材料有了顯著的改進，”法哈說。“同樣重要的是要注意，這里報告的復(fù)合材料在固態(tài)下的反應(yīng)性與在堿性水溶液中獲得的反應(yīng)性相當。”
由于作者設(shè)想將新型水凝膠復(fù)合材料用作防護服和口罩中的反應(yīng)層，因此他們指出，需要進一步的工程和測試才能將其集成到這些現(xiàn)有產(chǎn)品中。然而，由于用于生產(chǎn)復(fù)合材料的方法簡單且易于擴展，F(xiàn)arha 建議在未來大規(guī)模生產(chǎn)基于 MOF 的口罩和防護服是可能的。
標簽： 有毒神經(jīng)毒劑
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