双金属金属有机框架修饰的 3D 电纺纳米纤维作为高效吸附剂去除污染水中有机染料的研究

【字体: 时间:2025年05月21日 来源:Current Analytical Chemistry 1.7

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  工业废水排放致有机染料污染问题突出,威胁水生态与人类健康。研究人员合成锌钴基双金属 MOF(BM-MOF)修饰聚苯胺和醋酸纤维素(PC)的电纺纳米纤维(BM-MOF@PC)。其对甲基橙(MO)、刚果红(CR)最大吸附容量分别达 636.9、313.05 mg/g,且稳定性和重复利用率佳,为废水处理提供新策略。

  近年来,双金属金属有机框架(bimetallic metal-organic frameworks, BM-MOFs)在工业废水处理领域的潜力备受关注。全球工业化进程加速导致有机染料持续排入水生生态系统,这些染料不仅破坏水生态平衡,还对人类健康构成威胁,因此设计高效去除废水中污染物的框架结构具有重要意义。本研究聚焦于合成 BM-MOF@PC 材料,并探究其对甲基橙(methyl orange, MO)和刚果红(congo red, CR)的去除效果。
研究采用电纺技术制备了一种新型、低成本且环境友好的锌(Zn)和钴(Co)基双金属 MOF(BM-MOF)修饰聚苯胺(polyaniline)和醋酸纤维素(cellulose acetate, PC)的纳米纤维(BM-MOF@PC),并通过扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和氮气吸附 - 脱附等温线对其进行表征。BM-MOF@PC 纳米纤维的光滑结构通过在整个表面暴露最大活性位点,赋予其高吸附能力。研究进一步评估了所合成的 BM-MOF@PC 纳米纤维从水相中吸附 MO 和 CR 染料的能力。

结果表明,BM-MOF@PC 纳米纤维表面对 MO 和 CR 的最大吸附容量分别为 636.9 mg/g 和 313.05 mg/g。研究还考察了初始染料浓度、接触时间、温度、吸附剂用量和 pH 值对吸附动力学的影响。BM-MOF@PC 纳米纤维在不同 pH 条件下吸附 MO 和 CR 的能力表明,染料去除过程可能涉及静电相互作用、氢键和 π-π 相互作用等多种吸引力。

与 BM-MOF 相比,所制备的 BM-MOF@PC 纳米纤维具有更大的表面积,这意味着其拥有更多吸附 MO 和 CR 染料的活性位点。此外,BM-MOF@PC 纳米纤维在五个循环中对 MO 和 CR 的吸附表现出较强的可重复使用性,表明该材料在实际应用中更稳定且经济可靠。

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