一种基于抗坏血酸的多功能生物金属有机框架用于可持续水净化：高效孔雀绿吸附、抗菌活性与生物相容性

《Results in Chemistry》：A multifunctional ascorbic acid-based bio-MOF for sustainable water purification: efficient malachite green adsorption, antibacterial activity, and biocompatibility

　　

获取安全洁净的水资源仍是全球重大挑战，纺织工业排放的持久性合成染料因毒性及对生态系统和人类健康的潜在危害成为主要水污染源之一。研究人员以生物活性抗坏血酸为有机配体、Zn2+为金属节点，合成了不同锌/抗坏血酸摩尔比（2:1、1:1、1:2）的抗坏血酸基生物金属有机框架（Bio-MOF），命名为BioZnAA，并评价其作为多功能吸附剂去除水中孔雀绿（MG）的性能。其中BioZnAA2:1表现最优，依据Langmuir等温模型最大吸附容量达1429 mg/g，MG去除率94%，显著高于BioZnAA1:2（47%）与BioZnAA1:1（9.5%）。吸附平衡符合Langmuir等温模型，动力学符合准二级模型，表明以单层化学吸附为主。该材料对L929成纤维细胞在125–1000 mg/L浓度范围内保持89–96%高存活率，显示优良生物相容性；对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与大肠杆菌（Escherichia coli）最小抑菌浓度（MIC）分别为3.125与12.5 mg/mL，具广谱抗菌性。高吸附效率、良好生物相容性与抗菌活性使BioZnAA2:1成为兼具水净化与病原控制潜力的多功能Bio-MOF，证明抗坏血酸基Bio-MOF是环境修复与生物医学应用的可行平台。

研究背景方面，纺织废水中的阳离子染料孔雀绿（Malachite green, MG）因致癌性、阻碍水体复氧等危害亟待去除，传统臭氧氧化、膜过滤等方法存在污泥量大、成本高或效率低等局限，吸附法因灵活、抗毒性强受关注。金属有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）中生物源配体构成的生物金属有机框架（Bio-MOFs）兼具孔隙率与生物相容性，抗坏血酸（L-ascorbic acid, AA）作为维生素C配体具备螯合与抗氧化特性，但锌/抗坏血酸比例调控的Bio-MOF用于MG吸附及并行抗菌评价尚未见报道。研究人员以此为切入点，选用Zn(NO₃)₂·6H₂O与AA在乙醇中120 °C溶剂热24 h，改自bioNICS-1路线合成BioZnAA2:1、BioZnAA1:1、BioZnAA1:2三组分，系统表征并测试吸附、抗菌与细胞相容性。论文发表于《Results in Chemistry》。

关键技术方法上，研究人员采用扫描电镜/能谱（SEM/EDX）观察形貌与元素分布，X射线衍射（XRD）判晶相，热重分析（TGA）评热稳，傅里叶红外光谱（FT-IR）析官能团；吸附实验考察剂量（1–3 mg）、pH（3–8）、初浓（40–70 mg/L），用Langmuir、Freundlich、Temkin、Dubinin–Radushkevich（D–R）等温与准一级（PFO）、准二级（PSO）、颗粒内扩散（IPD）动力学拟合；抗菌采用微量稀释法测金黄色葡萄球菌与大肠杆菌最小抑菌浓度（MIC）；细胞毒以小鼠L929成纤维细胞（IBRC C10102）MTT法测125–1000 mg/L存活率；再生实验连续4轮40 mg/L MG批次吸附-水洗-离心复用。

研究结果部分，3.1材料表征中，XRD显示产物在2θ≈19°、23°、30–31°出现新峰，游离AA指纹峰消失，证明Zn²⁺-抗坏血酸配位新相形成，BioZnAA2:1与1:2结晶度高于1:1；SEM/EDX见AA立方晶变为不规则小晶，Zn、C、O均匀分布无杂；TGA中BioZnAA2:1残重最高（582 °C约73 wt%），热稳最强；FT-IR保留-OH、C=O特征且峰移，证实配位不破坏AA骨架。3.2污染物去除中，3.2.1剂量实验BioZnAA2:1在3 mg时去除94%；3.2.2 pH实验酸性因表面质子化与MG同电相斥而低，近中性/弱碱去质子负电吸引阳离子MG最优；3.2.3初浓40–70 mg/L升高使去除率百分值降但单位吸附量增；3.2.4等温以Langmuir最佳（R²=0.9976，q_max=1429 mg/g），D–R平均自由能0.357 kJ/mol属物理吸附主导；3.2.5动力学PSO吻合（R² 0.998–0.999），颗粒内扩散非唯一控速；3.2.6机理为静电吸引、氢键、π–π协同；3.2.7四轮再生去除率94%、91%、89%、85%，XRD峰位不变。3.3细胞毒显示L929在125–1000 mg/L存活89–96%。3.6抗菌中BioZnAA2:1对金葡菌MIC 3.125 mg/mL、大肠杆菌12.5 mg/mL。

讨论与结论翻译部分，研究人员指出BioZnAA2:1因高锌比强化Zn²⁺-抗坏血酸配位，获得高结晶度、热稳及丰富含氧位点，是MG高容量吸附与革兰氏阳/阴双效抑制的结构基础；Langmuir单层与PSO化学吸附指向均质位点单分子层覆盖，D–R低能值不排除物理作用力协同；pH依赖的静电反转机制解释阳离子染料选择性；四轮再生XRD不变支撑框架耐久。结论为：抗坏血酸基Bio-MOF（BioZnAA2:1）集1429 mg/g级MG吸附、89–96% L929相容、金葡菌3.125 mg/mL与大杆菌12.5 mg/mL抑菌于一体，可重复利用且结构稳定，是面向可持续水净化与病原控制的环保型多功能Bio-MOF平台。