HKUST-1金属有机框架材料：阳光驱动下亚甲基蓝高效吸附与光催化降解的双功能水处理策略

本研究针对工业染料废水处理难题，开发了具有534.7 m2/g比表面积的HKUST-1 MOF材料，通过优化合成条件（110°C/4h）实现75%产率。该材料在吸附（95.04%效率）和光催化（86%降解率）双重机制下，以超氧自由基（•O?-）为主导活性物种，四次循环后仍保持80%以上性能，为可持续污水处理提供了新型双功能解决方案。

　　

纺织印染行业每年排放的合成染料超过70万吨，其中10-15%直接进入水体，造成严重的生态和健康威胁。传统处理方法如生物降解效率低下，而半导体光催化剂又面临成本高、回收难等瓶颈。金属有机框架（MOF）材料因其可调控的孔隙结构和双功能特性被视为突破点，但如何实现高效吸附与光催化的协同效应仍是挑战。

伊拉克Raparin大学化学系（University of Raparin, Kurdistan Region）的研究团队在《Next Materials》发表创新成果，通过溶剂热法合成三维HKUST-1材料，系统研究了其对典型染料亚甲基蓝（MB）的去除机制。研究人员采用XRD、FESEM、BET等多维表征技术，结合动力学模型和自由基捕获实验，揭示了材料在自然光照下的双功能作用机理。

关键技术包括：1）优化溶剂热合成参数（乙醇/DMF混合溶剂，110°C反应4h）；2）通过BET测定534.7 m2/g的比表面积；3）采用伪二级动力学模型分析吸附过程；4）使用p-苯醌等自由基捕获剂鉴定活性氧物种；5）ICP-OES检测铜离子溶出率评估稳定性。

【表征分析】XRD证实材料具有面心立方结构（特征峰9.5°、11.6°），FTIR在487 cm^-1处发现Cu-O键特征峰。TGA显示339°C时配体分解，BET测得16.68 ?的平均孔径，FESEM显示4-5 μm的规则八面体形貌。

【吸附性能】伪二级动力学模型（R2=0.9977）表明化学吸附主导，最大吸附量1.586 mg/g。pH=6.5时效率最佳，zeta电位-17.3 mV证实静电吸附机制。热力学参数ΔH°=-6.99 kJ/mol显示放热特性。

【光催化机制】2.41 eV窄带隙实现可见光响应，自由基实验证实•O?^-贡献率最高（BQ完全抑制反应），速率常数达0.019 min^-1，是参照催化剂的5.7倍。原位生成的H₂O₂与•O?^-反应产生次级•OH。

【稳定性】四次循环后吸附保持80.96%，光催化保留69.83%效率，ICP显示Cu²⁺溶出低于2.51×10^-5 mg/L，PXRD证明晶体结构稳定性。

该研究创新性地将HKUST-1的微孔限域效应与光生电荷分离特性结合，突破了传统材料单一功能的局限。通过精确调控Cu(II)活性位点与BTC配体的协同作用，实现了吸附-降解的串联机制，为开发太阳能驱动的绿色水处理技术提供了新范式。特别值得注意的是，材料在近中性pH条件下的优异性能，使其在实际废水处理中具有显著应用优势。研究揭示的超氧自由基主导机制，也为设计新型MOF光催化剂提供了理论指导。