今日推送：基于石墨烯氧化物的新型多孔MOF纳米混合体用于协同去除水溶液中的铅（II）离子：模拟和吸附研究

文章标题

Graphene oxide-based novel porous MOF nanohybrid for synergic removal of Pb (II) ions from aqueous solutions: Simulation and adsorption studies

文章亮点

（1）通过UiO-66 NDC和氧化石墨烯的插层，合成了一种新型纳米复合材料。

（2）合理匹配的2型伪二阶动力学，R2超过0.993

（3）在Langmuir等温线（R²>0.974）下，最大吸附量达到254.45 mg/g。

（4）新型纳米复合材料具有较高的再生和重复使用能

摘要详文

（1）重金属是一个相当大的威胁，目前的研究涉及通过插层氧化石墨烯（GO）和连接剂UiO-66-NDC合成一种新型MOF纳米复合材料。

（2）研究表明，UiO-66-NDC/GO在pH值为6时提高了对Pb（II）离子的去除效率。吸附数据还与三种不同的等温线进行了拟合，即Temkin、Freundlich和Langmuir，Temkin模型表现出最佳的相关性（R2 0.99），代表了吸附过程的化学吸附性质。

（3）使用Langmuir方法发现Pb（II）离子的最大吸附能力（qmax）为254.45 mg/g（298 K）。由于热力学参数H°和G°被确定为负值，Pb（II）的吸附过程被证实是放热的和自发的。

（4）MOF纳米复合材料在使用0.01M盐酸的四个再生循环中也表现出明显的可重复使用性；在接下来的四个循环中，它在再生后的工作效率相当高。同时，模拟结果证实，与GO系统相比，MOF纳米复合材料的动态稳定性更好（∼08倍）。这里首次描述了使用MOF纳米复合材料的超级纳米吸附剂从模拟废水样品中去除Pb（II）的情况。

图文标题

目前的工作旨在通过采用UiO-66-NDC[Zr₆O₄(OH)₄(1,4-NDC)₆]n MOF和氧化石墨烯（GO）制备一种新的纳米复合吸附剂材料。UiO-66-NDC被认为具有三维结构，有8个Zr6O4(OH)4的四面体角笼作为二级构建单元，一个八面体中心孔笼和12个1,4-NDC桥配体。它含有不饱和的锆原子作为吸附位点和强氧化锆键。UiO-66-NDC/GO复合材料在综合pH值中是稳定的，在重金属捕获技术中具有潜在的应用。

本研究旨在（1）通过溶热法合成新型UiO-66-NDC/GO；（2）对所得到的MOF纳米复合材料在吸附铅（II）前后的特征进行分析；（3）模拟研究；以及（4）重复使用性和再生研究。

图1. (a) UiO-66-NDC的优化结构，(b) UiO-66-NDC/GO纳米复合材料，(c) UiO-66-NDC表面吸附的Pb(II)和(d) 纳米复合材料表面吸附的Pb(II)。在（c，d）的每种情况下，都提到了Pb（II）吸附的结合能（Eb）。

图2. 几何优化过程（a）和（b）显示了UiO-66-NDC/GO的k点网格的稳定收敛（c）表示UiO-66-NDC（蓝色）和UiO-66-NDC/GO（蓝色）的状态密度（DOS）图，（d）显示了UiO-66-NDC系统中自旋上升和下降状态的自旋极化DOS，实现了由于Zr存在的动态性质。这里，垂直的黑色虚线代表费米水平。(关于本图例中颜色的解释，读者请参考本文的网络版）。

图3. 吸附Pb(II)之前和之后MOF纳米复合材料的拉曼光谱。

图4. 吸附研究前后MOF纳米复合材料的紫外光谱。

图5. 吸附研究前后MOF纳米复合材料的FTIR光谱。

图6. 吸附研究前后MOF纳米复合材料的XRD。

图7. UiO-66-NDC/GO纳米复合材料在(a)吸附铅(II)之前和(b)吸附之后的SEM和EDS光谱的显微照片。

图8. pH值对MOFMOF纳米复合材料上Pb（II）离子吸附的影响：（Pb（II）50 mg/L，时间150分钟，剂量0.5 g/L pH值2-12，T = 298 K）。

图9. MOF纳米复合材料用量对UiO-66-NDC/GO纳米复合材料吸附Pb（II）离子的影响（pH值6，Pb离子50 mg/L，时间150分钟，用量0.5-2.5 g/L）。

图10. 离子浓度对UiO-66-NDC/GO纳米复合材料吸附Pb（II）的影响（Pb（II）离子，50-250 mg/L，时间150分钟，pH6，剂量0.5 g/L & T = 298 K）。

图11. UiO-66-NDC/GO纳米复合材料对Pb（II）离子的吸附的PSO类型2。

图12. UiO-66-NDC/GO纳米复合材料对铅（II）的吸附等温线（a）Langmuir模型，（b）Freundlich模型，和（c）Temkin模型。

图13. MOF纳米复合材料在四个不同温度下吸附Pb（II）的热力学行为。

图14. GO-UiO-66 NDC对Pb(II)的吸附率，作为解吸循环的一个函数。

文章结论

（1）在此，通过氧化石墨烯和UiO-66 NDC的插层，成功制备了一种新型纳米吸附剂，以提高纳米吸附剂的孔隙率和功能团。新型MOF-纳米复合材料的表征证实了GO与UiO-66 NDC在纳米吸附剂中具有八面体结构的组合。在MOF纳米复合材料的表面，EDS检查证实了碳、锆和氧的存在。XRD、UV、拉曼和FTIR表面分析验证了结晶结构、功能团和表面分析。

（2）在批处理模式的研究中，在pH值为6，298K，150分钟的收缩期，MOF用量为0.5mg/L，Pb(II)的初始离子为50mg/L，得到的qmax为254.45mg/g。Freundlich和Temkin的等温线比Langmuir更好地预测了吸附行为，而PSO比PFO更适合。热力学研究显示了吸附的自发和放热过程。

（3）此外，模拟结果支持具有非局域化表面状态的纳米复合系统的动态行为，与氧化石墨烯系统相比，MOF纳米复合系统可以作为一个相关的吸附源，证实了实验结果。

（4）因此，MOF纳米复合材料是一种潜在的多功能纳米复合材料，能够在固定床和批量系统定义的最佳情况下从实时废水中去除铅（II）。

https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.114750