超亲水功能化nZVI-MOF-74(Co)-PDA@PVDF复合膜的制备及其对Cr(VI)的高效去除机制研究

为解决纳米零价铁(nZVI)易氧化团聚、回收困难等问题，研究人员通过将nZVI负载于金属有机框架Co-MOF-74，并复合聚多巴胺(PDA)改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜，成功制备超亲水FMPP复合膜。该膜展现出83.12 mg/g的Cr(VI)吸附容量，符合伪二级动力学模型，兼具高效性、稳定性和可重复使用性，为重金属废水处理提供了新技术路径。

　　

铬污染是工业废水处理中的重大挑战，尤其是毒性极强的六价铬(Cr(VI))，其在水环境中的高溶解性和迁移性对人类健康构成严重威胁。尽管纳米零价铁(nZVI)因其强还原性被广泛用于Cr(VI)处理，但其易氧化形成致密氧化层、颗粒团聚等问题严重限制了实际应用效率。此外，传统方法难以实现nZVI的完全回收，而载体材料如碳纳米管或海藻酸钠又存在稳定性差或易生物降解等缺陷。针对这些瓶颈，一项发表于《Environmental Research》的研究提出了创新解决方案。

研究人员通过原位还原法将nZVI负载于具有开放金属位点和丰富孔道的钴基MOF-74(Co)上，显著提升了nZVI的分散性和比表面积。进一步利用多巴胺在碱性条件下自聚形成的聚多巴胺(PDA)对PVDF膜进行亲水改性，最终通过物理共混制备出nZVI-MOF-74(Co)-PDA@PVDF（FMPP）复合膜。关键技术包括：XRD和XPS表征材料晶体结构与化学状态，FTIR分析官能团变化，吸附动力学实验评估Cr(VI)去除效率，以及接触角测试验证膜亲水性改良效果。

Material and characterizations
研究采用X射线衍射(XRD)确认了Co-MOF-74的标准晶型结构（空间群R (148)），当nZVI与MOF质量比为8:1时，Fe⁰的(110)和(211)晶面衍射峰强度最高，表明该比例下nZVI负载效果最优。

Preparation of Co-MOF-74
通过将2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTP)与六水合硝酸钴在二甲胺酰胺(DMAc)中反应，成功合成Co-MOF-74载体，其开放金属位点为Cr(VI)还原提供了电子传递通道。

Regulation of the ratio of nZVI-MOF-74(Co)
实验发现nZVI与MOF质量比直接影响材料性能，8:1比例下MOF特征峰被掩盖，但nZVI分散性最佳，为后续膜制备奠定基础。

Conclusion
FMPP膜凭借PDA引入的-OH、-NH₂等官能团实现超亲水性（接触角<10°），纯水通量提升3倍。在25°C、pH=2条件下对Cr(VI)的平衡吸附量达83.12 mg/g，吸附过程符合伪二级动力学模型，表明化学吸附主导。XPS分析证实Cr(VI)被还原为低毒性的Cr(III)，且膜经5次循环后效率仍保持90%以上。

这项研究首次将nZVI-MOF-74(Co)复合体系与膜分离技术结合，不仅解决了nZVI易失活和回收难题，还通过PDA改性突破了PVDF膜疏水性限制。FMPP膜在含腐殖酸、高盐度等复杂水体中仍保持优异性能，为工业废水深度处理提供了兼具高效性、稳定性和操作简便性的新材料。该成果对推动重金属污染治理技术的实际应用具有重要指导意义。