金属有机骨架纳米纤维过滤器的制备及其在吸附和分离中的应用

DOI：10.1016/j.seppur.2019.116360

通过共电纺阴离子型的bio-MOF-1（Zn₈（Ad）4（BPDC）₆O·2（NH₂（CH3）₂）⁺，8DMF，11H2O）和聚丙烯腈（PAN）成功地制备了纳米纤维金属有机骨架（MOF）过滤器，用于从水溶液中吸附和选择性分离阳离子染料。用FT-IR，EDS和PXRD表征表明，bio-MOF-1晶体被有效地包封在PAN纳米纤维基质中，并且其结晶度保持良好。由于bio-MOF-1通道中的游离NH₂（CH₃）₂⁺阳离子和PAN中的亲核基团CºN，bio-MOF-1晶体和PAN纳米纤维都只能吸附阳离子染料，而不能吸附中性和阴离子染料。受益于bio-MOF-1和PAN的协同作用，bio-MOF/PAN过滤器对带正电荷的染料亚甲基蓝（MB⁺）表现出快速的吸附速率，并实现了MB⁺从混合染料溶液中的快速选择性分离。更重要的是，bio-MOF/PAN过滤器可以通过离子交换过程有效地再生。过滤器对MB⁺的吸附能力在五个过滤再生周期内保持相对稳定的值，表明bio-MOF/PAN过滤器可以满足较长使用寿命的要求。这项工作为电纺金属有机骨架纳米纤维膜过滤器用于从实际废水中快速分离和纯化有机染料的发展提供了新的见解。

图1.研磨后的PAN纳米纤维（a）和bio-MOF-1颗粒的SEM图（b）。具有不同bio-MOF-1含量（c）5％，（d）10％，（e）15％和（f）20％的bio-MOF/PAN复合纳米纤维的SEM图像。

图2. EDS光谱和bio-MOF/PAN NFM的C，N，O和Zn波谱元素面扫描像。

图3.bio-MOF-1晶体，PAN NFM和bio MOF/PAN NFM的FT-IR光谱（a）和PXRD图（b）

图4.动态测量生物bio-MOF/PAN NFM表面的水（a），孔径分布（b）和抗张强度（c）。（d）照片展示了bio-MOF/PAN NFM具有强大的灵活性。

图5.在bio-MOF/PAN NFM上（a）MB⁺，（b）MO^-和（c）SY2⁰的紫外-可见光谱随过滤时间的变化。这些照片显示了过滤前后染料溶液和bio-MOF/PAN NFM的颜色。 （d）PAN NFM去除不同染料的效率（染料浓度= 10 mg L^-1）

图6：bio-MOF/PAN过滤器对混合染料的选择性吸附：（a）MB⁺/MO^-和（b）MB⁺/SY2⁰。 插图：混合染料溶液和bio-MOF/PAN NFM过滤前后的颜色变化。

图7（a）用具有不同bio-MOF-1含量的bio-MOF/PAN过滤器去除MB⁺的效率。 （b）各种初始浓度的bio-MOF/PAN过滤器对MB⁺的吸附能力。

图8循环使用五次后，bio-MOF/PAN过滤器对MB⁺的吸附能力。经过五次循环实验后，bio-MOF/PAN NFM的PXRD图（b）和SEM图像（c）。