ZIF-8与人工腐殖酸复合生物炭可持续高效去除水中Cu(II)与四环素

《Process Safety and Environmental Protection》：Sustainable and Safe Biochar-Based Composites from ZIF-8 and Artificial Humic Acid for Enhanced Environmental Remediation of Cu(II) and Tetracycline in Water

本文成功研制了ZIF-8@AHA/BC（BAZ2）新型复合吸附剂，通过引入人工腐殖酸（AHA）和ZIF-8显著提升了生物炭对Cu(II)（212.28 mg/g）和四环素（TC）（498.31 mg/g）的吸附性能。其机理涉及Cu-OH键、Cu-N键、π-π堆积、静电作用及氢键等多重协同作用，为实际水体中重金属与抗生素的协同治理提供了创新性解决方案。

　　

亮点

材料表征

BC、BA和BAZ2的扫描电子显微镜（SEM）图像如图1a-c所示。放大图像显示，高温煅烧的BC呈现不规则且光滑的块状结构（图1a），而人工腐殖酸（AHA）修饰的BC显示出不规则且粗糙的结构（图1b）。图1c中ZIF-8的引入不仅使BA表面更为粗糙，还提供了更丰富的孔隙结构。此外，BAZ2的能量色散谱（EDS）图谱进一步证实了Zn元素的成功负载，揭示了ZIF-8在复合材料中的均匀分布。

吸附性能

BAZ2对Cu(II)和四环素（TC）均表现出优异的吸附能力。Langmuir模型显示其对Cu(II)的最大吸附容量为212.28 mg/g，对TC的最大吸附容量高达498.31 mg/g。在Cu(II)与TC共存的竞争吸附实验中，BAZ2仍能保持较高的吸附效率，证明了其在处理实际复杂废水方面的潜力。

吸附机理

通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）等表征手段系统阐明了BAZ2的吸附机理。结果表明，吸附过程主要涉及Cu-OH键和Cu-N键的形成、π-π堆积效应、静电相互作用以及氢键等多种机制的协同促进。

结论

ZIF-8@AHA/BC（BAZ2）作为一种新型复合吸附剂的成功开发，为水中Cu(II)和四环素污染物的同步去除展示了广阔前景。本研究系统探讨了其吸附容量、作用机理及结构稳定性。BAZ2材料含有更丰富的含氧官能团，其对Cu(II)和TC的吸附容量均超过许多已报道的复合材料，这主要归因于其独特的表面化学性质和孔隙结构。该研究为实际废水处理提供了高效可靠的吸附材料设计策略。