铁基金属有机框架（Fe-MOFs）对四环素的同时高效吸附和光催化降解

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摘要：
本文研究了三种铁基金属-有机框架（MOFs）（Fe-MIL-101、Fe-MIL-100和Fe-MIL-53）在去除四环素方面的性能。实验结果表明，Fe-MIL-101在四环素去除方面表现最佳，初始浓度为50 mg/L时，去除率可达96.6%，而Fe-MIL-100和Fe-MIL-53的去除率分别为57.4%和40.6%。此外，还考察了添加剂量、吸附时间和四环素初始浓度对降解效率的影响。吸附和光催化降解效果随时间增加而提高，Fe-MIL-101的最佳剂量为0.5 g/L，且四环素初始浓度增加会导致去除效率降低。自由基捕获实验和电子自旋共振（ESR）测试表明，O2-、OH和h+是光催化降解过程中四环素的主要活性物种。由于其高去除效率和简单的合成方法，Fe-MIL-101可作为降解四环素和其他抗生素的潜在催化剂。

研究背景：
-行业问题：四环素作为一种广泛使用的抗生素，其在环境中的大量释放导致了抗生素抗性病原体的产生，对人类健康和生态平衡构成威胁。四环素在水环境中的存在会影响微生物群落的结构和活性，导致生态结构变化。
-研究现状：目前，已有多种方法用于去除四环素，包括吸附、生物降解、离子交换、膜过滤和光催化降解。其中，光催化降解因其低成本、高效率、温和的反应条件和无二次污染而被认为是最有前景的方法之一。金属-有机框架（MOFs）因其独特的三维结构和优异的物理化学性质，在吸附和光催化领域得到了广泛应用。
-本文创新：本文首次评估了铁基MOFs在去除四环素方面的可行性。通过比较三种铁基MOFs（Fe-MIL-101、Fe-MIL-100和Fe-MIL-53）的性能，发现Fe-MIL-101在四环素去除方面表现出色。此外，本文还探讨了Fe-MIL-101在吸附和光催化降解四环素过程中的机制，并研究了关键参数（如剂量和初始浓度）对去除效率的影响。

实验和分析：
-材料合成与表征：
- 通过水热法制备了Fe-MIL-101、Fe-MIL-100和Fe-MIL-53。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见吸收光谱（UV-vis）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对合成的MOFs进行了表征。
- XRD结果显示，Fe-MIL-101、Fe-MIL-100和Fe-MIL-53均成功合成，且具有高纯度。SEM图像显示Fe-MIL-101为规则八面体结构，尺寸约为500 nm；Fe-MIL-100为颗粒状，尺寸在500 nm至1 μm之间；Fe-MIL-53呈木棍束状，直径约为80 μm。
- FTIR分析表明，Fe-MIL-101在反应条件下结构稳定，且C=O、C-O和C-H可能是吸附位点。BET分析显示，Fe-MIL-101具有最高的比表面积（252.59 m²/g）、孔容（0.86 cm³/g）和孔径（25.74 nm），这有助于提高其吸附性能。
-主要性能结果原因分析：
- Fe-MIL-101在四环素吸附和光催化降解方面表现出色，主要归因于其高比表面积、大孔容和孔径，以及对可见光的高效吸收能力。此外，Fe-MIL-101的Fe-O簇在可见光照射下能够有效激发，产生O2-、OH和h+等活性物种，从而促进四环素的降解。

总结：
-主要研究结果：Fe-MIL-101在四环素去除方面表现出色，初始浓度为50 mg/L时，去除率可达96.6%。Fe-MIL-101的最佳剂量为0.5 g/L，且四环素初始浓度增加会导致去除效率降低。
-创新突破：本文首次评估了铁基MOFs在去除四环素方面的可行性，并详细探讨了Fe-MIL-101的吸附和光催化降解机制。
-潜在意义和引用：本研究为铁基MOFs在实际处理四环素或其他难降解抗生素方面的应用提供了新的思路，具有重要的环境和健康意义。

Simultaneously efficient adsorption and photocatalytic degradation of tetracycline by Fe-based MOFs
文章作者：Dongbo Wang, Feiyue Jia, Hou Wang, Fei Chen, Ying Fang, Wenbo Dong, Guangming Zeng, Xiaoming Li, Qi Yang, Xingzhong Yuan
DOI：10.1016/j.jcis.2018.02.067
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979718302224

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