新型功能化金属有机框架水凝胶：高效捕获 Hg2+的创新方案

为解决从工业废水中去除 Hg (II) 离子且避免传统方法损失其他金属元素的问题，研究人员开展了功能性镧基金属有机框架吸附剂（FLMCP）的研究。结果显示该吸附剂性能优异，对处理工业废水意义重大。

　　在工业飞速发展的今天，工业废水的处理成为了一个棘手的难题。其中，汞离子（Hg²⁺）由于其极高的毒性，严重威胁着人类健康和生态环境。Hg²⁺可导致神经毒性、肾脏损伤、心血管疾病甚至癌症，还会在水生生物体内富集，影响整个食物链。传统的 Hg²⁺去除方法，如化学沉淀、膜过滤等，虽然有一定效果，但往往会误除其他有价值的金属元素，造成经济损失。因此，开发一种能高效、选择性地去除 Hg²⁺，同时保留其他金属的材料迫在眉睫。
国外研究人员针对这一问题展开研究，他们致力于开发一种新型功能化镧基金属有机框架吸附剂。最终成功合成了一种名为 FLMCP 的水凝胶珠，它由谷氨酸修饰的镧基金属有机框架（La-MOF），经 β- 环糊精（β-CD）和聚乙烯亚胺（PEI）封装，并通过环氧氯丙烷（ECH）交联而成。该研究成果发表在《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》上，为工业废水处理带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。在材料合成方面，通过一系列复杂的化学反应步骤制备 FLMCP 水凝胶珠。在性能测试上，运用批量实验研究吸附特性，借助多种分析手段如 X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等对材料进行表征。同时，利用响应面法（RSM）中的 Box-Behnken 设计（BBD）优化吸附条件。
研究结果如下：

• 材料特性：通过 XRD 分析可知，FLMCP 水凝胶珠结晶于三斜晶系，P1 空间群，存在一定结晶度和无序度。N₂吸附 / 脱附等温线显示其具有介孔结构，比表面积为 434.42 m2/g。FT-IR 分析表明，材料中的多种官能团与 Hg²⁺发生相互作用。EDX 和 SEM 分析则证实了材料的元素组成和微观结构，以及 Hg²⁺的吸附效果。
• 吸附性能影响因素：pH 对吸附效果影响显著，在 pH 为 6 时吸附容量最大，达到 620 mg/g。随着吸附剂用量增加，Hg²⁺去除率提高，但吸附容量降低，最佳用量为 0.082 g。初始 Hg²⁺浓度升高，去除率降低，吸附容量增加。接触时间在 1 小时左右达到吸附平衡。温度升高，吸附容量增加，表明吸附过程是吸热的。
• 吸附模型：吸附等温线符合 Langmuir 模型，表明是单层吸附；动力学数据符合伪二级动力学模型，说明主要是化学吸附。Dubinin–Radushkevich（D-R）等温线计算出吸附能量为 32.14 kJ/mol，进一步证实了化学吸附的主导地位。
• 吸附机理：主要包括静电吸引、氢键作用和配位键形成。在 pH 为 6 时，水凝胶珠表面带负电，与 Hg²⁺发生静电吸引；-NH₂、-OH 和 - COOH 等官能团与 Hg²⁺形成氢键；金属中心与 Hg²⁺形成配位键。同时，Hg²⁺通过颗粒内扩散和孔隙填充进入水凝胶珠内部。
• 实际应用性能：在处理实际电镀废水时，FLMCP 水凝胶珠对 Hg²⁺的去除效率高达 97.9%，处理后浓度低于 0.1 mg/L，符合排放标准。并且，该吸附剂具有良好的可重复使用性，经过 5 次循环，仍能保持较高的吸附能力。
  研究结论表明，FLMCP 水凝胶珠是一种高效、可重复使用的 Hg²⁺吸附剂。其在实际废水处理中的优异表现，为工业废水中 Hg²⁺的去除提供了新的解决方案。该研究不仅在材料合成和吸附性能研究上取得了突破，而且为后续相关领域的研究提供了重要参考，推动了工业废水处理技术的发展，对保护环境和人类健康具有重要意义。