锌-三唑金属有机框架材料高效吸附分离铅离子(Pb(Ⅱ))的机理研究及应用

针对工业废水中难降解的重金属铅(Pb(Ⅱ))污染问题，研究人员创新性地设计了一种基于锌-三唑配体的金属有机框架材料(MOF-ZTN)。该材料通过三唑富电子基团与Pb(Ⅱ)的强配位作用，实现了790 mg g-1的超高吸附容量，并展现出优异的选择性和循环稳定性，为重金属废水治理提供了新型高效吸附剂。

　　

随着工业快速发展，铅(Pb(Ⅱ))等重金属离子通过化工、电池制造等行业大量排放，因其不可降解性和生物累积性成为全球性环境难题。传统处理方法如化学沉淀法效率有限，而吸附法因其操作简便、成本低廉备受关注。金属有机框架(MOF)材料凭借可调控的孔隙结构和丰富的活性位点，在重金属吸附领域展现出巨大潜力。

广西大学广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室的研究团队在《Microporous and Mesoporous Materials》发表创新成果，首次将含三唑配体的锌基MOF(MOF-ZTN)应用于Pb(Ⅱ)吸附。通过溶剂热法合成双配体MOF材料，结合FTIR、XPS表征和DFT理论计算，系统研究了其吸附性能与机制。关键技术包括：X射线衍射(XRD)验证晶体结构，氮气吸附-脱附测试分析比表面积，等温吸附实验评估性能，以及密度泛函理论(DFT)阐明相互作用机制。

【材料表征】XRD证实MOF-ZTN具有优异的水稳定性，浸泡后晶体结构保持完整；氮吸附测试显示其比表面积达892 m² g^-1，为重金属吸附提供充足活性位点。

【吸附性能】在pH=5条件下，MOF-ZTN对Pb(Ⅱ)的吸附量达790 mg g^-1，远超多数报道材料；动力学符合准二级模型，表明化学吸附主导过程；Langmuir等温线说明单分子层吸附特性。

【选择性与循环】材料在含Ca²⁺/Mg²⁺的竞争体系中仍保持90%以上Pb(Ⅱ)去除率；经5次循环后吸附效率仅下降7.3%，显示良好再生性能。

【机理研究】FTIR证实三唑环N原子与Pb(Ⅱ)配位；XPS分析显示Pb 4f_7/2结合能位移证明化学键形成；DFT计算揭示三唑-N与Pb(Ⅱ)的强相互作用能(-3.12 eV)是高效吸附的关键。

该研究通过精准设计MOF的配体结构，实现了Pb(Ⅱ)的高效捕获与选择性分离，为解决重金属污染问题提供了新材料设计思路。MOF-ZTN的工业化应用将显著提升废水处理效率，对环境保护和资源回收具有双重意义。研究首次阐明三唑基MOF与Pb(Ⅱ)的配位机制，为开发新型重金属吸附剂奠定了理论基础。