基于NH2 -MIL-101(Fe)/NiAl-LDH复合材料的六价铬高效快速去除技术及资源化利用研究

针对工业废水中高毒性Cr(VI)的治理难题，研究人员创新性地将Fe-MOF与NiAl-LDH复合，开发出FML吸附剂。该材料以铝水制氢副产物AlOOH为铝源，通过静电吸附、层间阴离子交换和还原反应协同作用，在pH=6条件下实现91.08%的Cr(VI)去除率，最大吸附量达42.73 mg·g-1 ，且可经Na2 CO3 再生重复使用，为重金属污染治理提供了低成本高效解决方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，重金属污染已成为全球水环境面临的严峻挑战。其中，电镀、制革等行业排放的六价铬（Cr(VI)）因其强致癌性和高迁移性，被国际癌症研究机构列为1类人类致癌物。尽管世界卫生组织规定饮用水中Cr(VI)浓度需低于0.05 mg·L^-1
，但传统处理技术如反渗透、离子交换等存在成本高、能耗大等瓶颈。吸附法虽具潜力，但商用活性炭存在再生困难等问题。在此背景下，湖北工业大学的研究团队在《Environmental Research》发表研究，通过将NH₂
-MIL-101(Fe)（一种铁基金属有机框架，MOF）与镍铝层状双氢氧化物（NiAl-LDH）复合，开发出兼具高吸附容量和可再生性的FML复合材料，为解决这一环境难题提供了新思路。

研究采用油浴法合成Fe-MOF，并创新性地以铝水制氢副产物AlOOH为铝源制备NiAl-LDH，通过原位生长构建复合结构。通过XRD、FTIR、XPS等技术表征材料特性，结合批量吸附实验考察pH、浓度等参数影响，采用Langmuir等模型分析吸附机制。

材料微观结构
XRD分析显示Fe-MOF成功负载于NiAl-LDH，但因其高度分散导致特征峰减弱。SEM证实15-FML（Fe-MOF与LDH质量比15%）具有三维多孔结构，比表面积达214.6 m²
·g^-1
，远超单一组分。XPS揭示材料表面富含-OH和-NH₂
基团，为Cr(VI)吸附提供活性位点。

吸附性能优化
在pH=6、投加量0.8 g·L^-1
条件下，15-FML对20 mg·L^-1
Cr(VI)的60分钟去除率达91.08%。吸附过程符合准二级动力学模型，表明以化学吸附为主。等温线拟合显示最大吸附容量为42.73 mg·g^-1
，较纯NiAl-LDH（10.5 mg·g^-1
）提升逾3倍。

协同作用机制
研究提出三重作用机制：（1）LDH层板正电荷静电吸附CrO₄
^2-
；（2）层间CO₃
^2-
与Cr(VI)发生阴离子交换；（3）Fe-MOF中-NH₂
基团将Cr(VI)还原为低毒Cr(III)。竞争离子实验显示Cl^-
和SO₄
^2-
对吸附影响较小，证明材料抗干扰能力强。

再生与可持续性
采用0.1 mol·L^-1
Na₂
CO₃
溶液再生后，材料经5次循环仍保持85%以上吸附效率。生命周期分析表明，利用工业副产物AlOOH可使原料成本降低62%，兼具环境与经济效益。

该研究通过MOF与LDH的协同设计，突破了单一材料吸附容量低的限制，同时实现了氢能产业链废弃物的高值化利用。FML复合材料在宽pH范围、高盐度环境中表现稳定，为工业废水深度处理提供了可规模化应用的技术方案。未来研究可进一步探索材料在实际复杂水体中的长期稳定性，以及与其他水处理技术的联用潜力。