【Ce-BDC】基于铈基金属有机框架的富营养化水体中磷酸盐的超快去除

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摘要：
为缓解水体富营养化危害，本文提出铈基金属有机框架（Ce-BDC）作为磷酸盐吸附剂。其水稳定性好、比表面积高，通过Ce-O-P键实现高效吸附，在2-12pH范围稳定，4分钟内即可快速吸附，最大吸附容量179mg·g⁻¹，对磷酸盐选择性高，优于其他多孔材料。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：水体富营养化致藻类疯长、生态破坏，现有吸附剂存在容量低、pH适用范围窄等问题，部分技术还会产生大量污泥。
2.本文创新：选用Ce(IV)基MOF材料，利用Ce与磷酸盐高结合力，结合MOF高比表面积、多孔结构优势，提升吸附性能与稳定性。

实验部分：
1.Ce-BDC合成：将含70.8mg BDC的2.5mL DMF与800μL 0.533M硝酸铈铵水溶液混合，100℃搅拌30分钟，沉淀经DMF、乙醇洗涤，80℃真空干燥1小时后100℃过夜干燥。
2.吸附实验：5mg MOF超声分散于1mL水，加磷酸盐溶液定容至10mL，24rpm振荡后过滤，用紫外分光光度法测剩余磷酸盐浓度，探究pH、干扰离子等影响。
3.计算研究：用DFT计算评估Ce₆节点与磷酸盐结合能，分析不同磷酸盐物种结合情况。

分析测试：
1.氮气吸附-脱附：Ce-BDC的BET比表面积1255m²·g⁻¹，pH12处理后降至849m²·g⁻¹，表明高比表面积与微孔结构。
2.XRD分析：2-12pH范围Ce-BDC衍射峰稳定，pH12时结晶度略降，证明结构稳定性。
3.XPS分析：检测到133.5eV处P 2p信号，证实磷酸盐吸附；Ce 3d谱显示少量Ce(III)，源于X射线还原。
4.ζ电位与吸附容量：等电点pH4.5，3-10pH内吸附容量稳定，表明宽pH适用性。

总结：
1.主要研究结果：Ce-BDC对磷酸盐吸附容量高、速度快、选择性好、pH适应性广。
2.创新突破：结合Ce与磷酸盐高亲和力及MOF结构优势，阐明Ce-O-P键吸附机理。
3.潜在意义：为设计高效除磷材料提供思路，助力水体富营养化治理技术发展。

Ultrafast Removal of Phosphate from Eutrophic Waters Using a Cerium-Based Metal−Organic Framework
文章作者：Mohamed H. Hassan, Robert Stanton, Jeremy Secora, Dhara J. Trivedi, and Silvana Andreescu*
DOI：10.1021/acsami.0c16477
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c16477

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