硫酸盐接枝金属有机框架材料从酸洗废水中高效吸附莫西沙星抗生素的研究

针对抗生素污染治理难题，研究人员创新性地利用钢铁厂硫酸酸洗废水（SPW）合成硫酸盐接枝的Fe/Cr混合簇MOFs材料（SPW-BTC），实现了对莫西沙星（MOX）的高效吸附（237.2 mg g?1），其成本较传统方法降低27.8%。该研究为工业废水资源化与环境污染治理提供了绿色解决方案。

　　

抗生素污染是当前环境治理的重大挑战，尤其是水环境中残留的莫西沙星（MOX）等抗生素可能引发细菌耐药性。传统处理方法如高级氧化和膜分离存在成本高或效率低的问题，而金属有机框架（MOFs）因其可设计的孔隙结构和化学性质成为吸附领域的新星。然而，MOFs的规模化应用受限于合成成本高、原料来源不可持续等问题。与此同时，钢铁工业产生的硫酸酸洗废水（SPW）富含Fe³⁺/Cr³⁺和硫酸根，若直接排放将造成严重污染。如何将这两种挑战转化为协同解决方案，成为太原科技大学团队的研究切入点。

研究人员以SPW为原料，通过水热法合成三种MOFs材料（SPW-BDC、SPW-BTC、SPW-BTEC），其中SPW-BTC（基于1,3,5-苯三甲酸配体）表现出最优性能。该材料不仅实现MOX吸附容量达237.2 mg g^?1，较无硫酸盐修饰的MIL-100(Fe/Cr)提升10.5%，更通过硫酸根与MOX的氢键作用增强吸附特异性。研究发表在《Separation and Purification Technology》，为“以废治污”提供了范本。

关键技术包括：1）利用SPW中Fe³⁺/Cr³⁺与羧酸配体的配位反应构建MOFs骨架；2）X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征硫酸根锚定机制；3）密度泛函理论（DFT）计算揭示SO₄^2?-MOX氢键相互作用；4）批量吸附实验评估抗干扰性能（共存离子/腐殖酸）。

合成与表征结果
SPW-BTC呈现MIL-100拓扑结构，比表面积达1698 m² g^?1。X射线光电子能谱（XPS）证实SO₄^2?通过Cr-O-S键锚定于簇节点，形成氢键受体位点。DFT计算显示SO₄^2?与MOX的羧基氧原子形成强氢键（键能?28.5 kJ mol^?1），解释其吸附增强机制。

吸附性能
在pH=6时，SPW-BTC对MOX的吸附符合Langmuir模型，理论最大容量为237.2 mg g^?1。共存Na⁺/Ca²⁺或腐殖酸（HA）下，吸附量仅降低<8%，表明优异抗干扰性。再生5次后容量保持率>92%，凸显稳定性。

成本分析
相比商业试剂合成的MIL-100(Fe/Cr)，SPW-BTC制备成本降低27.8%，MOX处理成本减少35.7%。SPW中H₂SO₄替代了传统合成所需的酸调节剂，实现“一废三用”（金属源、溶剂、酸源）。

结论与意义
该研究首次将SPW转化为高附加值MOFs，通过硫酸根定向修饰策略提升抗生素吸附性能。Lijing Yuan、Dahuan Liu等作者的工作不仅为工业废水高值化利用开辟新途径，更推动MOFs材料从实验室走向实际应用。其“废物协同治理”理念对实现双碳目标下的绿色化工具有启示意义。