水稳定镍基金属有机框架对亚甲基蓝染料的选择性吸附与高效分离机制研究

为解决传统吸附材料对染料废水处理效率低、选择性差的问题，研究人员设计合成了一种新型镍基金属有机框架（Ni-MOF），通过静电吸引、氢键和π-π相互作用协同机制，实现了对阳离子染料亚甲基蓝（MB）的高效选择性吸附（87.65%吸附效率，21.04 mg·g?1吸附容量），并展现出优异的水稳定性和再生性能，为复杂水体中染料污染治理提供了新策略。

　　

纺织、印染和化妆品行业的快速发展导致大量有机染料进入水体，其中亚甲基蓝（MB）等阳离子染料因其高稳定性和潜在致癌性成为环境治理难题。传统吸附材料如硅胶、沸石等存在吸附容量低、再生困难等缺陷，亟需开发高效、可持续的新型吸附剂。金属有机框架（MOF）凭借超高比表面积（可达7000 m²·g^?1）和可调控孔道结构，被视为突破性解决方案。

陕西省科技厅资助的研究团队基于吡啶四羧酸配体L1，设计合成了一种三维阴离子框架Ni-MOF（Ni-1）。该材料以双核镍簇（Ni₂）为节点，构建出具有平行四边形网格拓扑结构的稳定网络。单晶X射线衍射（SCXRD）证实其结构特征，粉末X射线衍射（PXRD）和扫描电镜（SEM）显示其在水环境中浸泡7天后仍保持框架完整，展现出菱形片状形貌。

关键技术包括：通过水热法合成Ni-1晶体；采用紫外-可见分光光度法（UV-Vis）定量评估染料吸附性能；结合X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析吸附机制；利用动力学模型和等温线拟合揭示吸附特性。

SEM和EDS分析
SEM显示Ni-1呈现规则三维菱形片状结构，边缘轮廓清晰。能量色散光谱（EDS）证实镍元素均匀分布，配体L1的C、N、O元素呈周期性排列，印证材料结构均一性。

吸附性能研究
Ni-1对MB表现出显著选择性：30分钟内吸附效率达87.65%，容量为21.04 mg·g^?1，而对阴离子染料甲基橙（MO）几乎无吸附。伪二级动力学模型和Langmuir等温线表明该过程为单层化学吸附。机理研究表明，静电吸引（源于阴离子框架）、氢键（配体羧基与MB氨基）、π-π堆积（芳香环间）以及开放镍位点（Ni²⁺）配位共同驱动吸附过程。

实际应用验证
在pH=7的中性条件下吸附效率最高。实际水体（自来水）测试中MB吸附效率仍达78.78%，显示抗干扰能力。经过5次再生循环后，吸附效率保持在80%以上，证实材料可重复使用性。

该研究创新性地构建了具有水稳定性的阴离子Ni-MOF，通过多机制协同作用实现了MB的高效选择性吸附，为复杂废水体系中染料的精准分离提供了新材料设计范式。其优异的循环稳定性和实际水体适应性，展现出工业化应用潜力，对推动环境功能材料发展具有重要意义。论文发表于《Separation and Purification Technology》。