HKUST-1(Cu)及其复合材料吸附去除水体污染物的研究进展

背景介绍频繁的工业生产活动排放了越来越多成分复杂的废水，其中含有难以通过传统污水处理技术和工艺去除的有毒有害污染物。为去除这些有毒有害污染物，研发新的处理技术及工艺越来越有赖于新型环境功能材料。在吸附去除污染物方面，金属有机框架（MOFs）展现了优异的性能。HKUST-1(Cu)作为一种具有突出吸附性能的金属有机框架材料，近年已经成为吸附水体中有毒物质的研究热点。目前，越来越多的研究者对于HKUST-1(Cu)吸附去除水体污染物的性能产生兴趣。研究表明，引入一些功能材料与其复合可进一步增强其水稳定性和吸附性能。文章亮点1.

文章详细探讨了HKUST-1(Cu)和相关复合材料的一般合成方法以及其去除各类水体污染物的研究进展，目的是对于HKUST-1(Cu)和相关复合材料去除水体污染物的研究方向提供一个方便于理解的概述；2.

根据HKUST-1(Cu)和相关复合材料的研究现状和进展，对其去除环境污染物方面的发展趋势做出展望。内容介绍1

HKUST-1(Cu)及其典型复合材料的合成方法1.1

HKUST-1(Cu)的合成方法合成HKUST-1(Cu)的原料主要为Cu源（Cu盐等含Cu物质）和H3BTC（均苯三甲酸），溶剂一般为水、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）等，可采用溶剂热法、超声波法、微波法、电化学法、原位生长法以及固体法。1.2

典型HKUST-1(Cu)复合材料的合成方法目前，HKUST-1(Cu)复合材料的合成主要是采用两步法（先用溶剂热法合成HKUST-1(Cu)，再用HKUST-1(Cu)与其他组分去进行复合）、原位溶剂热法及光沉积法。其中，原位溶剂热法一般是将作为复合组分的功能材料均匀地溶解或是分散于含Cu2+（H3BTC）的溶液中，然后再引入H3BTC（或Cu2+），持续搅拌或超声处理，使得HKUST-1(Cu)均匀地与功能材料复合。图1

HK@CMC复合材料的制备流程Fig.1

PreparationprocessofHK@CMCcompositematerials

2

HKUST-1(Cu)及其典型复合材料吸附去除污染物2.1

吸附去除有毒金属离子鉴于HKUST-1(Cu)本体有着很好的吸附潜能，HKUST-1(Cu)复合材料去除水体中的有毒金属离子以吸附的方式为主。虽然HKUST-1(Cu)已被证明是分离U(VI)的高效吸附剂[17,18]，但克服其较差的水稳定性和提高其适用性仍然具有挑战性。a.AC/HKUST-1(Cu)复合材料样品的SEM图像；b.

吸附性能数据图c.Pb(II)离子的初始浓度与复合材料样品吸附性能之间的关系数据图；d.

复合材料对于Pb(II)离子吸附选择性的数据图；e.

复合材料投加量对吸附去除率的影响数据图；f.

吸附去除率随溶液pH值的变化数据图图2

AC/HKUST-1(Cu)符合材料样品的图像和性能Fig.2

ImageandperformancesofAC/HKUST-1(Cu)compositesample

2.2

吸附去除有机染料污染物HKUST-1(Cu)复合材料可通过吸附来有效处理含有机染料的有色废水，其中的有机染料主要为亚甲基蓝（MB）、分散蓝56和刚果红等。a.Fe3O4/HKUST-1(Cu)/GO样品分辨率为500nm的SEM图像；b.

对MB的吸附性能；c.

对应条件（10mg复合材料，5mLMB，3.74mg/L）的循环实验图3

Fe3O4/HKUST-1(Cu)/GO样品的图像和性能Fig.3

ImageandperformancesofFe3O4/HKUST-1(Cu)/GOcompositesample2.3

吸附去除新污染物HKUST-1(Cu)及其复合材料，对于吸附去除新污染物而言，也是具有一些代表性的研究工作的，例如吸附强力霉素等。a.HKUST-1(Cu)/ZnO/SA复合材料样品的分辨率为1μm的SEM图像；b.

循环实验；c.

对强力霉素的吸附机理图4

HKUST-1(Cu)/ZnO/SA复合材料样品的图像和性能Fig.4

ImageandperformancesofHKUST-1(Cu)/ZnO/SAcompositesample

3

结论当前的研究进展表明，相比于HKUST-1(Cu)本体，由于复合组分的加入，HKUST-1(Cu)系列复合材料的水稳定性一般会获得相当程度的提升。此外，一些复合组分可以与HKUST-1(Cu)实现协同作用，提升材料对水体污染物的吸附性能。在今后的研究工作中，HKUST-1(Cu