磺酸基功能化ZIF-8/GO复合微球协同去除污染物及DFT机理研究

《Separation and Purification Technology》：Sulfonate-based functionalized ZIF-8/GO composite microspheres for synergistic pollutant removal and DFT study

本文推荐了一种新型磺酸基功能化原位锚定ZIF-8/石墨烯氧化物（GO）复合微球（GO/Zn@CS-SO3），通过吸附实验、响应面优化及DFT计算，实现了氟喹诺酮类抗生素（CIP/GAT/NOR）与Cu2+的高效协同去除（最大吸附量达608.44 mg/g），并证实其可降低抗生素生物毒性，为废水复合污染治理提供新策略。

　　

Section snippets

Materials

所有化学试剂相关信息列于支持信息第2部分。

Synthesis of graphene oxide in situ grown ZIF-8 (GO/ZIF-8(Zn))

GO的合成遵循已报道方法[26]。GO/ZIF-8(Zn)的制备步骤如下：首先将1 wt% GO分散于15 ml甲醇溶液中超声混合30分钟，随后加入1.5 mmol Zn(NO₃)₂·6H₂O反应2小时，最后加入4 mmol 2-甲基咪唑充分混合，将反应液静置结晶。

Synthesis diagram

GO/Zn@CS-SO₃的合成路线如图1所示。首先，Zn²⁺通过配位作用均匀锚定在GO表面丰富的羧基（-COOH）上；加入2-甲基咪唑（2-MI）后，其咪唑环与GO苯环共轭，并与Zn²⁺形成ZIF-8，得到GO/ZIF-8(Zn)。随后将GO/ZIF-8(Zn)与壳聚糖（CS）溶液混合，在NaOH溶液中固化形成GO/Zn@CS微球。最后通过磺化反应将磺酸基团接枝到微球表面，完成功能化修饰。

Conclusion

本研究成功制备了磺酸基功能化原位锚定ZIF-8/GO复合微球（GO/Zn@CS-SO₃），用于同步去除氟喹诺酮类抗生素和重金属。通过FTIR、SEM、TGA和XPS表征证实材料结构。实验表明CIP、GAT和NOR的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型，即以化学吸附为主的单层吸附。材料在二元体系中展现“三阶段”吸附特性，并通过DFT计算揭示了磺酸基团与污染物间的键合机制。