铜基金属有机框架材料的合成及其对工业废水中结晶紫染料的高效吸附性能研究

本研究针对工业废水中有毒染料污染难题，通过水热法合成新型铜基MOF(Cu(II)-GA-OPDA)，利用FTIR、SEM、XRD等技术表征材料特性，证明其对结晶紫染料(CV)的吸附量达181 mg/g（pH 7，35 ppm，50 min），吸附过程符合伪二级动力学和Langmuir模型，且可循环使用5次，为工业废水处理提供了高效低成本吸附方案。

　　

随着工业化的快速发展，全球每年约有840亿立方米的染料废水被直接排入水体，其中结晶紫(CV)等三苯甲烷类染料因其致癌性和生物累积性，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统吸附剂如活性炭、沸石等存在效率低、再生困难等问题，而金属有机框架(MOF)因其超高比表面积和可调控孔隙结构，成为废水处理领域的研究热点。

在这项发表于《Inorganic Chemistry Communications》的研究中，巴基斯坦白沙瓦大学化学科学研究所的Mehreen Zafar团队创新性地采用短链戊二酸(GA)和邻苯二胺(OPDA)作为有机配体，通过水热法合成铜基MOF材料。研究通过FTIR证实材料中存在Cu-O键(618 cm^-1)，SEM显示平均粒径为25.64 nm，BET分析揭示其多孔特性。在pH 7、35 ppm CV浓度条件下，50分钟内即可达到181 mg/g的吸附量，显著优于文献报道值。

关键技术包括：1) 水热法合成MOF；2) FTIR、SEM、XRD、Raman、BET等材料表征技术；3) 批量吸附实验考察pH、浓度、时间等因素；4) 动力学和热力学模型分析；5) 实际工业废水样本验证。

【材料表征】EDX分析显示材料含Cu(3.47%)、C(86.56%)、O(7.52%)，XRD证实晶体结构，FTIR指纹区618 cm^-1处的特征峰对应Cu-O键振动。

【吸附性能】在pH 7时达到最大吸附量，伪二级动力学模型(R²=0.99)和Langmuir等温线表明单分子层化学吸附占主导，速率常数K为0.07021 g(mg^-1 min^-1)。

【实际应用】对三种工业废水样本的CV去除率达56.15%-68.612%，五次循环后仍保持稳定吸附性能。

【作用机制】研究发现CV主要通过静电作用、π-π堆积和孔隙填充被吸附，羧基和氨基官能团在吸附过程中起关键作用。

该研究的重要意义在于：1) 开发出性能优于传统材料的MOF吸附剂；2) 阐明短链配体在构建稳定MOF结构中的优势；3) 为工业废水处理提供可规模化应用的解决方案。沙特阿拉伯阿卜杜勒阿齐兹国王大学提供的基金支持(IFPIP: 1131-130-1443)保障了研究的顺利开展。这项工作不仅拓展了铜基MOF在环境修复中的应用，也为设计高效废水处理材料提供了新思路。