三金属CuNiZn-BTC MOF的合成及其对专利蓝VF染料的高效吸附机制研究

本研究针对水体中专利蓝VF(PBVF)染料的污染问题，通过溶剂热法合成具有高比表面积(659 m2/g)的三金属CuNiZn-BTC MOF吸附剂。表征显示其具备纳米级球形颗粒(94 nm)和优异热稳定性(450°C)，在优化条件下对PBVF的最大吸附量达909 mg/g。研究揭示了以化学吸附为主的多元吸附机制，经7次循环仍保持71%去除率，为工业级染料废水处理提供了新型材料解决方案。

　　

水环境污染问题日益严峻，其中合成染料污染尤为突出。专利蓝VF(PBVF)作为三苯甲烷类染料，虽广泛应用于医疗示踪和工业领域，但其对水生生态系统和人类健康的危害不容忽视——不仅会阻碍水体光合作用，更可能引发视网膜功能障碍等健康风险。传统水处理技术如絮凝、生物降解等存在效率低、成本高等局限，而吸附法因其操作简便、成本低廉成为研究热点。金属有机框架(MOF)材料凭借其超高比表面积和可调控的孔隙结构，在污染物吸附领域展现出巨大潜力。

沙特国王大学资助的研究团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表论文，创新性地采用溶剂热法合成三金属CuNiZn-BTC MOF，系统研究其对PBVF的吸附性能。通过SEM、FTIR、XRD等表征技术证实材料具备94 nm的纳米球形结构和245 nm的团聚尺寸，FTIR谱图中3200-3500 cm^-1处的特征峰证实了未配位羧基的存在，1650 cm^-1强峰则揭示了金属-配体配位键的形成。BET测试显示材料具有659 m²/g的高比表面积和微孔结构，TGA证明其热稳定性可达450°C。

研究采用批量吸附实验，考察了接触时间、pH值等参数的影响。关键实验技术包括：溶剂热合成法(150°C/48h)、zeta电位分析测定pH_pzc、伪二级动力学模型拟合吸附过程、Langmuir等温线模型计算最大吸附量。结果显示在pH=5、吸附剂用量0.01 g、初始浓度200 mg/L条件下，60分钟可达吸附平衡，伪二级动力学模型(R²≥0.999)表明过程以化学吸附为主导。Langmuir模型拟合得到的最大吸附量Q_m达909 mg/g(333K)，热力学参数ΔH°=12.39 kJ/mol证实为吸热过程，负值的ΔG°说明过程自发进行。

【材料表征】SEM显示材料呈纳米球形结构，FTIR证实关键官能团存在，XRD证明高结晶度，BET揭示大比表面积特征。
【吸附性能】优化条件下60分钟达平衡，Langmuir模型显示单层吸附特征，Q_m值显著高于多数报道材料。
【机制分析】化学吸附主导，辅以π-π堆积、静电作用和氢键等多重机制协同作用。
【循环稳定性】经7次吸附-脱附循环后仍保持71%去除率，展现工业应用潜力。

该研究创新性地将Cu、Ni、Zn三种金属引入BTC框架，通过金属协同效应显著提升吸附性能。相较于单/双金属MOF，三金属结构提供了更多活性位点和更强的结构稳定性。研究不仅为PBVF污染治理提供了高效吸附剂，更通过详实的机理研究为多金属MOF设计提供了理论指导。特别是材料在宽温度范围(298-333K)内表现出的稳定吸附性能，使其在工业废水处理场景中具有显著优势。作者团队强调，这种三金属MOF的合成策略可拓展至其他污染物治理领域，为环境功能材料开发开辟了新思路。