将废弃的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和煤灰通过循环升级回收技术制成MIL-125（Ti）/沸石复合吸附剂，用于水处理和二氧化碳（CO?）捕集

《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》：Circular upcycling of waste PET and coal fly ash into MIL-125(Ti)/zeolite hybrid adsorbents for water treatment and CO 2 capture

Ti-MOF@NZ复合材料通过回收PET废料合成TPA并整合飞灰衍生纳米沸石，在吸附多污染物（Dox、MB、Ni2?、CO?）和循环利用方面表现优异，验证了低价值废料在环境修复中的可持续潜力。

　　

Nergiz Kanmaz

土耳其亚洛瓦大学工程学院化学工程系，77200 亚洛瓦

摘要

在本研究中，利用从化学回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）废料中提取的对苯二甲酸（TPA）制备了一种基于钛的金属有机框架（Ti-MOF），并将其与飞灰衍生的Na-P1纳米沸石（NZ）结合，以构建多功能吸附剂。通过溶剂热原位技术制备的Ti-MOF@NZ复合材料通过XRD、FT-IR、SEM-EDX、BET、TGA和XPS进行了表征。PET衍生的有机连接剂提高了MOF的结晶度，使得Ti-O配位更加均匀。这些结构优势体现在对多西环素（Dox）、亚甲蓝（MB）、Ni(II)和CO₂的吸附性能上。等温线分析表明，Dox和MB的吸附遵循单层Langmuir模型。Ti-PET@NZ0.50样品的最大吸附容量分别为506.39 mg g^?1和179.68 mg g^?1。动力学评估进一步表明，化学吸附是这两种污染物吸附的主要机制。此外，Ni(II)的吸附容量达到318.87 mg g^?1，主要受静电作用、离子交换和表面配位的影响。Ti-PET@NZ0.50对CO₂的吸附容量为0.52 mmol g^?1，证实了其在非均匀表面上的良好吸附性能。最后，该复合材料在多次吸附循环中仍保持高性能，显示出优异的重复使用性。本研究突显了低价值废弃物在环境修复材料中实现卓越功能的潜力。

引言

塑料生产和消费的快速增长对全球环境可持续性构成了严重威胁[1]。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）废料由于分解周期长且积累量大，成为塑料污染的主要来源之一[2]。这种情况要求重新评估废物管理策略，并广泛采用能够将塑料化学转化为高价值产品的方法[3]，从而增加了对创新废物管理解决方案的需求。在可持续材料生产方法中，通过化学回收将废物转化为高附加值产品具有重要意义。在此背景下，从PET废料中化学回收的对苯二甲酸（TPA）作为一种环保且经济的有机连接剂材料而备受关注[4],[5]。

污染物的多样性使得传统环境处理技术难以实现优异的性能[6]。需要具有高表面积、可调孔隙率和多个活性位点的先进复合吸附剂，以同时吸附有机染料、药物残留物、重金属离子和未受控制的CO₂等污染物[7]。金属有机框架（MOFs）是一种新型先进材料，由于其多样化的有机连接剂和金属节点以及可开发的制备工艺，具备满足这些要求的独特结构特性[8]。燃煤电厂会大量排放煤灰，其主要矿物成分包括Na、Ca、Fe、K、Al₂O₃和SiO₂ [9]，使其成为有价值的吸附材料。将这种灰分用于沸石合成具有重要意义。另一方面，沸石凭借其高稳定性、规则的孔结构和已知的离子交换性能，与MOFs形成了互补[10]。这两种材料的结合在提高吸附性能和开发多功能环境应用混合结构方面具有巨大价值。

尽管近年来利用回收配体制备MOFs的研究有所增加，但这些研究大多集中在单一类型污染物的去除上，且在针对具有不同特性的污染物进行综合评估方面存在局限性[11]。此外，关于在单一平台上整合MOFs和沸石的可持续复合系统的开发在文献中尚未得到充分探讨[12],[13]。尽管使用废物衍生配体在先进材料合成和环境责任方面具有显著优势，但很少有研究将其与高效多污染物去除吸附剂设计相结合[14],[15]。因此，结合可持续化学原理和先进功能材料特性的新型混合结构有望填补现有文献中的空白。

与以往分别关注废物衍生MOFs或基于沸石的吸附剂的研究不同，本研究引入了一种双废物衍生混合系统，将PET回收的对苯二甲酸和飞灰衍生的纳米沸石整合到单一多功能平台上。其创新之处在于通过统一的吸附剂架构同时实现塑料废物的价值化、工业废物的再利用和多污染物治理。所制备的Ti-MOF和沸石展示了在可持续化学原则框架内从废物中开发高性能功能材料的潜力。此外，能够在统一废物价值化框架内同时实现多污染物去除和CO₂捕获的多功能吸附剂仍需进一步探索。因此，本研究旨在通过整合废物管理和先进材料合成，为循环经济愿景做出贡献。

材料

材料

煤灰来自土耳其马尼萨Soma-B热电厂的静电除尘器。钛异丙氧化物（TTIP-99.8%）和四环素购自Alfa-Aesar。氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl-37%）、对苯二甲酸（H₂BDC）、多西环素盐酸盐、橙II钠盐、结晶紫和左氟沙星半水合物由Sigma-Aldrich提供。亚甲蓝、罗丹明B、刚果红、NaNO₃、Na₂SO₄、NaCl、MgCl₂·6H₂O和氯化钴也用于实验。

表征

XRD分析确认MIL-125(Ti)框架和煤灰衍生的Na-P1沸石相在所有复合结构中均成功形成并得以保留（图2）。原始Na-P1样品在2θ ≈ 12°、22°、28°和33°处的尖锐且清晰的衍射峰与文献中报道的Na-P1特征衍射图谱高度吻合[19]，证明了其高结晶度和成功的沸石合成。在Ti-MOF样品中，低角度衍射峰也表明...

等温线研究

Ti-BDC@NZ0.50和Ti-PET@NZ0.50复合材料的等温线分析清楚地表明，Ni(II)的吸附主要通过表面控制的单层吸附机制进行。表3中极高的Langmuir相关系数（R² = 0.95–0.97）以及Langmuir曲线与实验等温线轮廓之间的良好吻合（图10(a–c)）证实了吸附主要发生在能量均匀的活性位点上。

结论

本研究证明，通过化学回收PET废料得到的TPA可作为有效的有机连接剂用于钛金属有机框架（Ti-MOF）的合成，通过与飞灰衍生的Na-P1 NZ结合，构建出高性能的多功能复合吸附剂。结构和表面分析表明，PET衍生的Ti-PET@NZ复合材料具有更有序的MOF结晶度、更均匀的Ti–O配位和更好的热稳定性。吸附研究结果进一步证实了...

CRediT作者贡献声明

Nergiz Kanmaz：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，数据可视化，方法论设计，实验实施，数据整理，概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。