【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所孔令濤研究員團(tuán)隊(duì)在基于金屬有機(jī)框架(MOFs)材料的水中氟離子去除研究中取得重要進(jìn)展。研究人員分別通過界面水調(diào)控晶面工程和雙金屬簇-配體協(xié)同功能化策略，在氟離子高效吸附機(jī)制探究與熒光可視化去除技術(shù)研發(fā)方面實(shí)現(xiàn)突破。相關(guān)成果分別以“Facet-specific adsorption of fluoride on (100) and (101) surfaces of MIL-88 A(Fe) regulated by interfacial H2O”和“Dual-functional La/Fe-MOFs-NH2 for real-time visual removal of fluoride in dynamic environments”為題發(fā)表于Separation and Purification Technology (Sep. Purif. Technol. 2026, 358, 136481) 和Chemical Engineering Journal(Chem. Eng. J. 2026, 158, 172243) 上。
氟離子作為常見水體污染物，適量存在有益人體健康，但超出安全閾值(大于1 mg/L) 后會(huì)誘發(fā)氟斑牙、氟骨癥等疾病，嚴(yán)重威脅人體健康與生態(tài)系統(tǒng)安全，而當(dāng)前除氟技術(shù)普遍存在效率低以及去除與檢測分離等問題，難以滿足實(shí)際治理需求。MOFs憑借其比表面積大、孔隙率高、孔徑可調(diào)，以及獨(dú)特光學(xué)性能等優(yōu)勢，成為了水中氟污染物檢測與去除的理想候選材料。
針對除氟效率提升的難題，研究人員聚焦MOFs材料晶面調(diào)控前沿領(lǐng)域，提出界面水調(diào)控晶面生長策略，成功制備出三種不同晶面比例的MIL-88(Fe)材料。通過增加(100) 晶面暴露比例，材料除氟性能顯著提升，進(jìn)一步結(jié)合表征技術(shù)與理論計(jì)算，揭示了氟離子在(100) 和(101) 晶面的特異性吸附分子機(jī)制，(100) 晶面Fe吸附位點(diǎn)配位缺陷增加了表面羥基數(shù)量，進(jìn)而大幅提升材料的親氟性能。
針對“去除與檢測分離”的不足，研究人員進(jìn)一步研發(fā)了氟離子檢測與去除一體化技術(shù)，提出雙金屬簇-配體協(xié)同功能化策略，成功構(gòu)建La1/Fe2-MOF-NH2多功能材料。通過鑭/鐵異金屬組分協(xié)同增效，同步提升了材料的吸附容量與熒光響應(yīng)性能，測試顯示該材料對氟離子最大吸附容量達(dá)108.34 mg/g，熒光檢測范圍覆蓋0 ~ 1.52 mg/L，并基于此開發(fā)了可視化去除裝置，成功實(shí)現(xiàn)水中氟離子的實(shí)時(shí)可視化高效去除。
該系列研究不僅深化了MOFs材料晶面工程與功能化修飾在水體污染物去除領(lǐng)域的基礎(chǔ)認(rèn)知，更突破了傳統(tǒng)除氟技術(shù)效率低、檢測與去除分離的核心瓶頸，有力推動(dòng)了MOFs基材料從基礎(chǔ)研究向?qū)嶋H水體污染治理工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，為水中氟離子污染高效治理提供了全新思路與技術(shù)支撐。
碩士研究生孫睿、博士研究生魏健分別為兩項(xiàng)成果的第一作者，孔令濤研究員、何軍勇副研究員為共同通訊作者。以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省科技創(chuàng)新攻堅(jiān)計(jì)劃及安徽省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
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