金屬有機骨架納米纖維過濾器的制備及其在吸附和分離中的應用

DOI：10.1016/j.seppur.2019.116360

通過共電紡陰離子型的bio-MOF-1（Zn₈（Ad）4（BPDC）₆O·2（NH₂（CH3）₂）⁺，8DMF，11H2O）和聚丙烯腈（PAN）成功地制備了納米纖維金屬有機骨架（MOF）過濾器，用于從水溶液中吸附和選擇性分離陽離子染料。用FT-IR，EDS和PXRD表征表明，bio-MOF-1晶體被有效地包封在PAN納米纖維基質中，并且其結晶度保持良好。由于bio-MOF-1通道中的游離NH₂（CH₃）₂⁺陽離子和PAN中的親核基團CoN，bio-MOF-1晶體和PAN納米纖維都只能吸附陽離子染料，而不能吸附中性和陰離子染料。受益于bio-MOF-1和PAN的協同作用，bio-MOF/PAN過濾器對帶正電荷的染料亞甲基藍（MB⁺）表現出快速的吸附速率，并實現了MB⁺從混合染料溶液中的快速選擇性分離。更重要的是，bio-MOF/PAN過濾器可以通過離子交換過程有效地再生。過濾器對MB⁺的吸附能力在五個過濾再生周期內保持相對穩定的值，表明bio-MOF/PAN過濾器可以滿足較長使用壽命的要求。這項工作為電紡金屬有機骨架納米纖維膜過濾器用于從實際廢水中快速分離和純化有機染料的發展提供了新的見解。

圖1.研磨后的PAN納米纖維（a）和bio-MOF-1顆粒的SEM圖（b）。具有不同bio-MOF-1含量（c）5％，（d）10％，（e）15％和（f）20％的bio-MOF/PAN復合納米纖維的SEM圖像。

圖2. EDS光譜和bio-MOF/PAN NFM的C，N，O和Zn波譜元素面掃描像。

圖3.bio-MOF-1晶體，PAN NFM和bio MOF/PAN NFM的FT-IR光譜（a）和PXRD圖（b）

圖4.動態測量生物bio-MOF/PAN NFM表面的水（a），孔徑分布（b）和抗張強度（c）。（d）照片展示了bio-MOF/PAN NFM具有強大的靈活性。

圖5.在bio-MOF/PAN NFM上（a）MB⁺，（b）MO^-和（c）SY2⁰的紫外-可見光譜隨過濾時間的變化。這些照片顯示了過濾前后染料溶液和bio-MOF/PAN NFM的顏色。 （d）PAN NFM去除不同染料的效率（染料濃度= 10 mg L^-1）

圖6：bio-MOF/PAN過濾器對混合染料的選擇性吸附：（a）MB⁺/MO^-和（b）MB⁺/SY2⁰。 插圖：混合染料溶液和bio-MOF/PAN NFM過濾前后的顏色變化。

圖7（a）用具有不同bio-MOF-1含量的bio-MOF/PAN過濾器去除MB⁺的效率。 （b）各種初始濃度的bio-MOF/PAN過濾器對MB⁺的吸附能力。

圖8循環使用五次后，bio-MOF/PAN過濾器對MB⁺的吸附能力。經過五次循環實驗后，bio-MOF/PAN NFM的PXRD圖（b）和SEM圖像（c）。