废弃PET转化双金属MOF材料的光热界面蒸发性能研究及其在水处理中的应用

针对传统单金属MOFs材料可调性和稳定性不足的问题，研究人员通过废弃PET制备双金属Mn-Fe MOF材料，开发出具有优异光热性能的MnFe/C-600蒸发器。该材料在1 kW·m-2光照下实现3.43 kg·m-2·h-1的高蒸发速率，对含Mg2+盐水（437 J·g-1低蒸发焓）和21 wt%浓盐水均表现稳定，为废塑料资源化和水处理提供新策略。

　　

随着全球城市化进程加速，化石能源危机与水资源短缺问题日益严峻。统计显示，地球上仅有0.0075%的水资源可供人类直接利用，而传统海水淡化技术如反渗透(RO)和多级闪蒸(MSF)存在能耗高、设备复杂等缺陷。与此同时，每年约7000万吨废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料通过填埋或焚烧处理，造成严重的环境压力。在这一背景下，太阳能界面蒸发(SIE)技术因其低碳、高效的特点成为研究热点，但现有单金属有机框架(MOF)材料存在光吸收范围窄、结构稳定性差等瓶颈。

安徽理工大学的研究团队创新性地将废弃PET转化为双金属Mn-Fe MOF材料，成功开发出具有突破性性能的光热蒸发系统。该研究通过水热法合成柱层状双金属MOF前驱体，经600℃碳化获得球形MnFe/C-600纳米颗粒，其比表面积达27.64 m²·g^-1，光吸收率高达95%。与棉织物复合构建的柔性蒸发器在1 kW·m^-2光照条件下实现3.43 kg·m^-2·h^-1的蒸发速率，光热转换效率达112.3%，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

关键技术包括：1）PET水解回收对苯二甲酸作为有机配体；2）MnCl₂/FeCl₃·6H₂O双金属体系的一步水热合成；3）600℃可控碳化制备Mn₃O₄-Fe₂O₃/C异质结构；4）双层蒸发器结构设计（光热层+隔热输水层）。

【材料合成与表征】
扫描电镜显示原始Mn-Fe-MOF呈直径5μm、长度10μm的柱状交错结构，碳化后转变为100 nm球形颗粒。X射线衍射证实材料中同时存在Mn₃O₄和α-Fe₂O₃晶相，双金属协同效应使热稳定性提升至600℃。

【性能测试】
蒸发器在模拟海水(3 wt% NaCl)、高盐废水(21 wt%)及含Mg²⁺废水(437 J·g^-1蒸发焓)中均保持稳定性能，10小时循环后效率无衰减。XPS分析表明Mn^2+/3+和Fe^2+/3+氧化还原对的协同作用增强了光生载流子分离。

【结论与意义】
该研究开创性地将废塑料升级为高效双金属MOF光热材料，其创新点在于：1）通过Mn-Fe双金属节点调控电子结构，拓宽光吸收至2500 nm；2）碳化形成的分级孔隙结构使水传输速率提升3倍；3）蒸发器产水符合WHO重金属含量标准。这项工作为同时解决塑料污染和水资源短缺问题提供了可持续方案，在偏远地区废水处理和应急供水领域具有重要应用前景。