有机金属框架吸附剂：从水溶液中高效去除有毒重金属离子的新希望

为解决土壤和水源重金属污染问题，研究人员合成有机金属框架吸附剂，研究其对多种重金属离子吸附规律，可用于水资源净化。

　　重金属污染土壤和水源，会破坏生态系统平衡，危害生物体和人类健康。为解决这一问题，研究人员合成了有机金属框架吸附剂（Organometallic frame sorbents），可有效从水溶液中提取重金属离子。研究人员以苯 - 1,3,5 - 三羧酸盐（MBTC）和苯 - 1,4 - 二羧酸盐（MBDC）为基础，合成框架吸附剂，并研究了镉、铅、铜、钴和镍离子的吸附规律。通过 CoBTC 和 NiBTC 粉末的衍射图进行鉴定分析，发现存在 [Co₃(BTC)₂?12H₂O] 和 [Ni₃(BTC)₂?12H₂O] 结构。与 NiBTC 不同，NiBDC 二羧酸盐以三斜晶系（空间群 P^-1，Z = 1）结晶，对应晶体结构为 [Ni₃(OH)₂(BDC)₂?4H₂O]。CuBTC 样品以立方对称结晶，空间群为 Fm^-3m（Z = 16），对应晶体结构为 [Cu₃(BTC)₂?3H₂O]，而 CuBDC 化合物的结构属于单斜对称。利用合成的金属 - 有机框架（MOFs）进行低温氮吸附等温线分析，可确定吸附剂的重要结构特征。研究发现，CoBTC 在微孔区域实现了强吸附质 - 吸附剂相互作用。通过 Brunauer–Emmett–Teller（BET）方法计算得出，合成吸附剂的比表面积差异很大，CoBTC 和 NiBTC 化合物分别为 276.0 和 9.0 m²/g，这些差异与 CoBTC 吸附剂中大量的微孔有关。在大多数情况下，重金属离子的吸附动力学模式可用准二级方程描述。在 NiBDC 吸附剂上吸附铜离子是唯一遵循准一级动力学方程的过程。根据潘尼思 - 法扬斯规则（Peneth–Fajans rule），含有相应同名离子的吸附剂对钴、镍和铜离子的吸附效果更好。吸附容量与离子半径和电负性比值的对数之间存在线性关系，这表明金属离子在 MOFs 上的吸附机制由离子本身的物理化学性质决定。开发的有机金属框架化合物可有效用于从有毒重金属离子中净化水资源的技术。