【HKUST-1吸附染料】：新型高效除染料吸附剂MnFe2O4-NH2-HKUST-1，MOF磁性复合材料的制备、表征和等温线研究

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摘要：
Alzahra University, Tehran, Iran Masoumeh Mohammadnejad等报道的本篇文章（Sci Rep 14, 9048 (2024)）中针对工业废水中有害染料的去除与回收问题，合成了磁性吸附剂MnFe2O4-NH2-HKUST-1，用于从水溶液中去除亚甲基蓝和结晶紫染料。通过FTIR、XRD、BET、VSM、SEM、TGA和Zeta电位技术对合成的吸附剂进行了表征。研究了pH值、接触时间和吸附剂用量等不同参数对染料去除效果的影响。通过紫外-可见光谱光度法研究了染料吸附过程，得出亚甲基蓝和结晶紫的最大吸附容量分别为149.25 mg/g和135.13 mg/g。吸附等温和动力学模型的绘制结果表明，两种染料的吸附过程是基于Langmuir和Freundlich等温模型以及伪二阶吸附动力学模型的物理和化学吸附的集合。研究表明，MnFe2O4-NH2-HKUST-1磁性吸附剂在短时间内（5分钟）内对去除水中的亚甲基蓝和结晶紫染料具有良好的潜力，并且由于其磁性，可以通过磁场容易地从溶液中分离。

研究背景：
1）工业废水中的染料是严重的环境问题，许多工业染料具有致癌性、毒性和致畸性，对人类健康构成潜在威胁。
2）已有多种水净化方法被报道，包括物理、生物、化学、电化学方法以及它们的组合。其中，吸附法因其成本效益高、效率高和操作简单而受到关注。
3）本研究在他人工作的基础上，合成了一种新型磁性复合物MnFe2O4-NH2-HKUST-1，该复合物结合了金属-有机框架（MOFs）和磁性纳米粒子的优点，提高了吸附效率和速率，同时通过外部磁场容易从环境中分离。

实验部分：
1.合成磁性纳米粒子：通过溶剂热法合成了MnFe2O4-NH2磁性纳米粒子。首先，将醋酸钠在乙二醇中溶解并回流，随后加入溶解于乙二醇中的锰(II)硝酸盐和铁(III)硝酸盐，继续回流。最后，加入乙醇胺并保持回流12小时，得到具有磁性的棕色沉淀，通过磁分离、水和乙醇洗涤以及干燥得到产物。
2.制备MnFe2O4-NH2-HKUST-1复合物：将合成的MnFe2O4-NH2纳米粒子与铜(II)硝酸盐溶解在乙醇中超声处理，再加入含有苯三酸配体的乙醇溶液，经过机械搅拌合成。得到的绿色产物经洗涤、磁分离和干燥后得到。
3.染料去除实验：制备了不同浓度的亚甲基蓝和结晶紫溶液，加入一定量的吸附剂后，通过紫外-可见光谱光度法测定吸附过程。实验结果显示，吸附剂对两种染料的最大吸附容量分别为149.25 mg/g和135.13 mg/g。

分析测试:
1.FTIR分析：通过傅里叶变换红外光谱对合成的吸附剂进行了表征，确认了HKUST-1、MnFe2O4-NH2以及MnFe2O4-NH2-HKUST-1中的特征官能团。
2.XRD分析：采用X射线衍射对MnFe2O4-NH2纳米粒子和MnFe2O4-NH2-HKUST-1复合物进行了晶体结构分析。
3.SEM和EDX分析：扫描电子显微镜(SEM)结合能量色散X射线光谱(EDX)分析了吸附剂的形貌、粒径和元素组成。
4.BET分析：通过氮气吸附-脱附等温线测定了MnFe2O4-NH2-HKUST-1的比表面积为333.46 m2g-1，平均孔径为17.234 nm。
5.TGA分析：热重分析(TGA)评估了吸附剂的热稳定性，结果显示吸附剂在不同温度下的质量损失。
6.VSM分析：振动样品磁强计(VSM)分析了MnFe2O4-NH2和MnFe2O4-NH2-HKUST-1的磁性质，包括饱和磁化强度。
7.Zeta电位分析：测量了吸附剂表面的电位，为-39.8 mV，表明吸附剂表面带有负电荷。
8.吸附动力学和等温线：通过吸附动力学模型和等温线模型研究了吸附过程的动力学特性和吸附机制，发现吸附过程符合伪二阶动力学模型和Langmuir及Freundlich等温模型。

结论：
MnFe2O4-NH2-HKUST-1磁性吸附剂对亚甲基蓝和结晶紫染料具有高效的去除能力，其吸附过程物理和化学吸附共存，且具有良好的磁分离性能。吸附等温和动力学模型的研究揭示了吸附过程的特性，为工业废水处理提供了一种新的有效方法。

MnFe2O4-NH2-HKUST-1, MOF magnetic composite, as a novel sorbent for efficient dye removal: fabrication, characterization and isotherm studies
文章作者： Masoumeh Mohammadnejad & Sedigheh Alizadeh
DOI：10.1038/s41598-024-59727-8
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-59727-8

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