今日推送：功能化金属有机框架和磁性氧化石墨烯的纳米复合材料用于Pb(II)的选择性吸附和高效测定

文章标题

Nanocomposites of functionalized Metal−Organic frameworks and magnetic graphene oxide for selective adsorption and efficient determination of Lead(II)

通讯作者：Yi Wang

第一单位：天津大学

文章亮点

（1）合成了一种新型的MOF和磁性GO纳米复合材料(Fe₃O₄@C-GO-MOF)作为MSPE吸附剂。

（2）Fe3O4@C-GO-MOF具有良好的磁响应和显著的最大吸附容量。

（3）选择性吸附机理与表面化学官能团有关。

（4）建立了线性好、检出限低、重现性好的MSPE-电感耦合等离子体质谱法测定Pb(II)。

（5）选择性萃取海水和湖泊等不同环境样品中的Pb(II)获得了满意的回收率。

摘要详文

（1）成功合成了功能化金属有机骨架和磁性氧化石墨烯(Fe₃O₄@C-GO-MOF)的新型纳米复合材料，作为一种新型磁性固相萃取(MSPE)吸附剂，用于选择性吸附和高效测定痕量铅离子。

（2）所制备的Fe₃O₄@C-GO-MOF纳米复合材料具有较高的比表面积和足够的孔隙率。纳米复合材料是磁性的，可以通过外部磁场容易地从溶液中分离出来。

（3）杂化纳米复合材料表现出显著的最大吸附量，估计为344.83 mg/g。通过间歇吸附实验优化了吸附参数，包括溶液pH、吸附剂用量和吸附时间。

（4）详细讨论了吸附动力学、吸附等温线和吸附机理。所制备的复合材料从多种共存离子的混合溶液中选择性吸附Pb(II),并且在5次吸附-脱附循环后具有良好的恢复性能。

（5）在优化的实验条件下，建立了线性好、检出限低、重现性好的测定Pb(II)的MSPE新方法。

（6）不同环境样品中Pb(II)的选择性提取获得了满意的回收率。结果表明，Fe₃O₄@C-GO-MOF纳米复合材料在铅离子检测中是一种很有前途的样品预处理和预富集材料。

图文摘要

成功合成了一种新型的功能化MOF和磁性GO纳米复合材料(Fe₃O₄@C-GO-MOF ),具有高比表面积和足够的孔隙率。所制备的Fe₃O₄@C-GO-MOF纳米复合材料被用作一种新的MSPE吸附剂，用于选择性吸附和高效测定痕量铅离子。

图文内容

本文中，我们通过胺功能化的UiO-66氢化物和Fe₃O₄@C-GO成功制备了新型的Fe₃O₄@C-GO-MOF纳米复合材料。来自GO的富含氧的官能团、介孔结构和UiO-66-NH₂暴露的氨基为重金属离子的吸附提供了更多的活性位点。具有超薄碳层的Fe₃O₄纳米粒子给纳米复合材料带来了令人满意的磁性能。通过改变溶液的pH值、用量和接触时间，详细讨论了所制备的纳米复合材料的吸附性能。研究了铅离子在纳米复合材料上的吸附动力学和吸附等温线。并对吸附机理和混合溶液中Pb(II)的选择性吸附进行了研究。建立了选择性吸附和高效测定溶液样品中Pb(II)的MSPE-电感耦合等离子体质谱法。并将制备的磁性吸附剂成功应用于环境水样中痕量Pb(II)的富集和测定。结果表明，Fe₃O₄@C-GO-MOF纳米复合材料对Pb(II)具有良好的分离性能，有望成为一种潜在的水净化和样品预处理吸附剂。

方案一. Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料的合成示意图。

图一. Fe₃O₄@C-GO (a)、UiO-66-NH₂ (b)和Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料(C)的SEM图像；Fe₃O₄@C-GO (d)、UiO66-NH₂ (e)和Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料(f)的TEM图像。

图二. (a)GO、UiO66-NH₂、Fe₃O₄@C-GO和Fe₃O₄@C-GO-MOF复合物的FTIR光谱；(b)GO、UiO66-NH2、Fe₃O₄@C-GO和Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料的XRD图案。

图3. Fe₃O₄@C-GO-MOF (a)的XPS及其Zr 3d (b)和C1s (c)的HR谱。

图4. (a)GO、Fe₃O₄@C-GO和Fe₃O₄@C-GO-MOF的拉曼光谱；(b)Fe₃O₄@ C-GO和Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料的磁化曲线。

图5. pH值(a)、吸附剂用量(b)和接触时间(c)对Pb(II)吸附行为的影响。

图6. Fe₃O₄@C-GO纳米复合材料吸附Pb(II)的准一级和准二级动力学模型；(C)Fe₃O₄@ C-GO-MOF吸附Pb(II)等温线的Langmuir模型。

图7. (a)吸附后Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料的XPS Pb 4f (b)、N 1s (c)和O 1s (d)吸附前后的HR XPS谱。

图8. (a)Fe₃O₄@C-GO-MOF的选择性吸附性能和(b)重复使用Fe₃O₄@ C-GO-MOF对五次循环的Pb(II)回收率的影响。

文章结论

（1）成功制备了新型纳米复合材料UiO66-NH2磁性GO (Fe₃O₄@C-GO-MOF ),并将其用作选择性吸附铅离子的吸附剂。

（2）结果表明，所合成的材料具有332.260 m²/g的高比表面积和0.271 cm³/g的足够孔隙率(通过N2吸附-脱附测量)。

（3）Fe₃O₄@C-GO-MOF以Fe₃O₄@C纳米粒子为磁性核，可以通过外加磁场方便地从水溶液中分离出来。通过批量吸附实验，最佳吸附条件为pH值为6，10 mg Fe₃O₄@C-GO-MOF，接触时间为60 min。

（4）吸附动力学研究表明，Fe₃O₄@C-GO-MOF表面的吸附位点与吸附过程密切相关。通过对吸附等温线的研究，估算出最大Pb(II)吸附量为344.83 mg/g。

（5）Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料对Pb(II)的吸附主要归因于与UiO66-NH₂上的氨基和GO上的含氧官能团(包括羧基和羟基)的络合作用。

（6）Fe₃O₄@C-GO-MOF复合材料对7种共存离子的混合溶液中的Pb(II)具有较高的选择性，经过5次吸附-脱附循环后仍具有良好的回收性能。

（7）开发的MSPE方法具有良好的线性、较低的检测限、良好的重现性以及较少的吸附剂消耗。

（8）Fe₃O₄@C-GO-MOF吸附剂成功地应用于环境水样中低浓度Pb(II)的测定，获得了满意的回收率。

https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123300