电纺Ag-MOF/聚己内酯-壳聚糖纳米纤维膜的可持续钴(II)去除：优化与再生性能研究

为解决工业废水中钴(II)离子污染问题，研究人员开发了一种新型电纺Ag-MOF/PCL-CS纳米纤维膜，通过优化pH（6.0）、吸附剂剂量（0.02 g）和接触时间（100 min），实现了499.2 mg/g的高吸附容量。该膜符合Langmuir单层吸附模型和伪二级动力学，兼具可重复使用性（5次循环），为水处理提供了高效、可持续的解决方案。

　　

随着新能源产业的快速发展，钴(II)离子作为锂离子电池等产品的关键原料，其开采和加工过程中产生的废水污染问题日益严峻。这类重金属离子在环境中难以降解，可通过食物链富集，引发心脏、甲状腺和神经系统疾病。传统处理方法如化学沉淀和离子交换存在成本高、易产生二次污染等缺陷，亟需开发高效、环保的新型吸附材料。

为此，来自Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University的研究团队设计了一种基于电纺技术的银金属有机框架（Ag-MOF）/聚己内酯（PCL）-壳聚糖（CS）复合纳米纤维膜。该研究通过系统优化制备参数，成功实现了废水中钴(II)的高效去除，相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》。

研究采用电纺技术构建三维多孔纤维结构，结合FT-IR、XRD和XPS表征材料化学组成，利用SEM-EDX观察形貌特征，并通过氮吸附测试测定比表面积。通过Box-Behnken设计优化吸附条件，采用Langmuir和伪二级动力学模型分析吸附机制，最后通过循环实验评估材料再生性能。

材料合成与表征
XRD分析显示Ag-MOF/PCL-CS在2θ≈18–20°出现特征峰，证实了金属有机框架的晶体结构。SEM显示纤维直径均匀（200-300 nm），EDX图谱证实钴(II)的成功吸附。BET测试显示材料具有高比表面积（>200 m²/g），为吸附提供充足活性位点。

吸附性能研究
在pH 6.0、25°C条件下，膜对钴(II)的最大吸附量达499.2 mg/g。Langmuir模型（R²>0.99）表明为单层化学吸附，伪二级动力学说明吸附过程受化学键合主导。热力学参数ΔH°（71.32 kJ/mol）和ΔS°（253.07 J/mol·K）揭示该过程为吸热且熵增驱动。

再生与机制
经过5次吸附-脱附循环，材料仍保持90%以上效率。XPS分析表明吸附机制涉及Ag-MOF中银离子与Co(II)的配位作用，以及CS氨基基团的螯合效应。

该研究创新性地将Ag-MOF的金属亲和性、PCL的机械强度和CS的生物相容性相结合，开发的纳米纤维膜不仅解决了传统吸附剂选择性差、再生困难的问题，还为重金属废水处理提供了可规模化应用的解决方案。其采用的Box-Behnken设计优化方法，为环境功能材料的开发提供了重要方法论参考。