聚合物基膜因其选择性过滤特性，在去除水溶液中的有机污染物方面表现出色，尤其在微滤和纳滤中能有效去除微量污染物。金属-有机框架（MOFs）凭借其高比表面积和可调节性，在吸附领域备受关注，但存在稳定性不足等问题。聚丙烯腈（PAN）因其高比表面积和可调节性被广泛用于膜制备，与MOFs结合后可进一步提升吸附性能。三氟拉林作为一种广泛使用的除草剂，其在土壤中的残留对环境构成潜在风险，需要有效的吸附材料进行去除。本研究通过静电纺丝技术制备了NH2-MIL-101(Cr)和PAN复合膜，旨在高效去除废水中的三氟拉林，为解决水污染问题提供一种新的解决方案。

一：研究摘要

本研究使用静电纺丝设备制备了一种由NH2-MIL-101(Cr)和聚丙烯腈组成的复合膜，可高效去除受污染废水中的除草剂三氟拉林。该膜在短短15分钟内实现了95.08%的去除效率，显示卓越的吸附能力和快速的污染物吸附能力。NH2-MIL-101(Cr)提供的复杂活性位点网络促进了三氟拉林分子与膜表面之间的相互作用，确保了污染物的有效捕获。此外，NH2-MIL-101(Cr)和聚丙烯腈之间的协同作用不仅增强了吸附动力学，还符合Freundlich等温线和伪二阶动力学模型，阐明了多层化学吸附的机制，并证实了该膜在各种操作条件下的稳定性。此外，该膜在多次循环中表现出显著的稳定性和持续效率，突显了其作为长期和可持续废水处理解决方案的潜力。本研究论述了复合膜在高效缓解水污染挑战中的关键作用，并展现了NH2-MIL-101(Cr)和聚丙烯腈复合膜在环境修复中的潜力。

二：核心研究结果

 1. 高效的污染物去除能力

在实验中，使用不同浓度（5、10、15和20 mg/L）的三氟拉林溶液进行过滤测试，结果显示在短短的15分钟内，该复合膜对三氟拉林的去除效率达到了95.08%（图1a）突显了其卓越的吸附能力和快速的污染物吸附能力。这种高效的去除能力归因于NH2-MIL-101(Cr)提供的大量活性位点以及聚丙烯腈的多孔结构，它们共同促进了污染物的快速吸附。

图1

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2. 复杂的活性位点网络和多孔结构

NH2-MIL-101(Cr)具有高比表面积（约2530 m²/g），其氨基（–NH2）基团能够与三氟拉林分子形成氢键（图2a）。聚丙烯腈的多孔结构为污染物提供了大量的吸附位点，且通过静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有均匀的孔径分布（图3）。NH2-MIL-101(Cr)提供的复杂活性位点网络以及聚丙烯腈的多孔形态，促进了三氟拉林分子与膜表面之间的相互作用，确保了污染物的全面捕获。

图2

图3

3. 协同作用和吸附机制

实验数据表明，吸附过程符合Freundlich等温线模型（R² = 0.9973），表明吸附过程为多层吸附，且吸附容量随浓度增加而增加（图6d）。吸附动力学数据符合伪二阶动力学模型（R² = 0.9979），表明吸附过程为化学吸附，涉及三氟拉林分子与膜表面活性位点之间的化学键合（图4b）。NH2-MIL-101(Cr)和聚丙烯腈之间的协同作用不仅加速了吸附动力学，还符合Freundlich等温线和伪二阶动力学模型，阐明了多层化学吸附的机制。

图4

4. 膜的稳定性和可重复使用性

XRD分析显示，在多次使用后，膜的结构未发生显著变化，表明NH2-MIL-101(Cr)纳米颗粒在聚丙烯腈纳米纤维中的稳定性得到了有效保持（图5a）。在五次再生循环测试中，该膜的吸附性能仅略有下降，表明其具有良好的稳定性和可重复使用性（图5b），突显了其作为持久且环保的废水处理解决方案的潜力。

图5

5. 复合膜在环境修复中的潜力

在实际水样测试中，该膜对不同水体（工业废水、城市水和农业河水）中的三氟拉林表现出良好的去除效果，尽管在复杂污染物体系中效率略有下降，但仍显示出较高的去除效率（表1）。NH2-MIL-101(Cr)和聚丙烯腈复合膜的制备过程简单且可扩展，适用于大规模生产，为实际应用提供了可行性。

表1

三：结论

本文通过合成和静电纺丝技术制备了NH2-MIL-101 (Cr) 与聚丙烯腈复合膜用于去除废水中的三氟拉林。该膜15分钟内对三氟拉林的去除效率达 95.08%，NH2-MIL-101 (Cr) 的活性位点和复合膜的多孔结构促进了污染物截留。其吸附过程符合 Freundlich 等温线和准二级动力学模型，存在多种吸附作用机制。膜稳定性好、可重复使用，在不同水样中有不同的去除效率。该研究表明此复合膜在废水处理和环境修复领域极具应用潜力。

文章来源：https://doi.org/10.1038/s41598-025-94438-8