基于MOF（NH2-MIL-101（Al）@ZIF-8）的铜离子检测去除一体化研究.pdf

摘 要 摘 要 近年来，由于重金属污染导致的食品安全事件频发，这不仅严重威胁着人们的身体 健康和财产安全，而且对国民经济的有序发展造成了不良影响。铜离子作为常见的重金 属之一，由于其难降解、迁移率高、富集性强等特点，被视为食品安全的极大隐患。铜 离子一旦通过食物链在人体内过量富集，将致使人体的各个脏器产生病变，甚至诱发癌 症。因此，开发先进的技术和材料用于治理食品中的铜离子污染迫在眉睫。本文基于金 属有机框架（MOF ）材料开发了一种多功能的纳米吸附剂材料用于水体中铜离子的同时 检测和去除。具体开展的研究工作如下： （1）在聚乙烯吡咯烷酮（PVP ）的调控下，通过内部生长模式构建了一种多功能 NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 纳米吸附剂材料。采用多种表征手段对该复合材料的形貌和性 2 质进行了探究。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM ）结果显示制备的NH - 2 MIL-101(Al)@ZIF-8 为1 μm 大小的核壳状纳米花颗粒。由N -吸附解吸试验结果可知该 2 2 3 复合材料具有大的比表面积 （1736.26 m /g ）、大的孔容 （0.58 cm /g ）和均一的孔径 （1.5 nm ）。X 射线衍射（XRD ）结果表明该复合材料显示出良好的晶格特性，并且保持了两 个单独MOF 组分完整的晶体结构。此外，傅立叶变换红外光谱（FT-IR ）、X 射线光电 子能谱（XPS ）、Zeta 电势分析以及相关对比试验的结果证实PVP 不仅是连接两种MOF 组分的桥梁，而且调控着核壳纳米花形貌的形成。 （2 ）对NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 的铜离子吸附检测性能进行评估。吸附动力学和 2 等温线试验的结果表明NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 显示出优异的铜离子吸附能力，伴随着 2 快的吸附速率（60 min ）和大的吸附量 （526.32 mg/g ）等特点。动力学和热力学数据分 别能够较好地拟合准二阶动力学模型和朗缪尔等温线模型，表明该材料对铜离子的吸附 形式主要是单层化学吸附，且材料表面均匀分布的活性位点影响着其对铜离子的吸附效 率。NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 可在初始浓度为0-60 mg/L 的模拟饮用水污染体系中将铜 2 离子浓度降至世界卫生组织（WHO ）规定的饮用水限值之下 （2 mg/L ），这说明该材料 具有实际应用的可行性。通过对铜离子吸附前后的NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 进行FT-IR 2 及XPS 分析，证实了该材料优异的铜离子吸附性能主要源于ZIF-8 组分中丰富的咪唑氮 与铜离子之间的强配位作用。此外，独特的核壳纳米花结构不仅可以促进铜离子的传质， 而且能够提升铜离子与活性位点接触的概率。通过对比NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 在铜离 2 子吸附前后的XRD 结果证明了其良好的稳定性。另一方面，通过荧光光谱分析法探究 了NH -MIL-101(Al)@ZIF-8 的固有荧光特性和最佳检测条件。结果表明该材料稳定的荧 2 光源于其NH -MIL-101(Al)组分中的氨基对苯二甲酸配体，且优化的最佳的检测条件为： 2 I 西北农林科技大学硕士学位论文 pH=6.0 ，λ 激发 325 nm 。后续的一系列荧光滴定试验结果表明在1.5-625 μM 的铜离子浓 度范围内该材料的荧光淬灭程度与体系中的铜离子浓度呈线