Effective removal of nitroimidazole antibiotics in aqueous solution by an aluminum-based metal-organic framework: Performance and mechanistic studies
（1）Al-TCPP对ONZ和MNZ表现出高的吸附能力。
（2）氢键和π-π相互作用共同促进了吸附作用。
（3）氢键相互作用主导了吸附过程。
（1）从废水中去除抗生素已受到广泛关注。我们合成了一种铝基金属有机框架（Al-TCPP）作为吸附剂来去除奥硝唑（ONZ）和甲硝唑（MNZ）。
（2）Al-TCPP对ONZ和MNZ具有较高的吸附能力，分别为609.8 mg/g和320.5 mg/g，优于已报道的吸附剂。吸附数据与Langmuir模型和伪二阶模型非常吻合。此外，该吸附剂对共存的盐类和pH值表现出良好的抗干扰性，这表明它具有良好的实际应用价值。
（3）此外，通过FT-IR、XPS、Zeta电位、理论计算以及对照实验，提出了可能的吸附机制。这些结果表明，氢键作用在吸附过程中占主导地位。
（4）因此，Al-TCPP在净化含有硝基咪唑类抗生素的废水方面可能具有广阔的应用前景。主导力量的提出，有利于开发新的吸附剂，从水溶液中去除抗生素。
由于氢键和π-π相互作用，Al-TCPP可以有效地从水溶液中去除奥硝唑和甲硝唑。
丰富的μ-OH基团可以作为氢键的相互作用位点。为了进一步引入π-π相互作用位点，选择四（4-羧基苯基）卟啉作为有机配体。因此，考虑到Al-TCPP含有来自卟啉环的π-π相互作用位点，以及分别来自N-H键和μ-OH的氢键位点，选择Al-TCPP来去除ONZ（图1a）。在这项工作中，合成了Al-TCPP并对其进行了表征，以去除水溶液中的ONZ。正如预期的那样，它表现出较高的吸附能力（609.8 mg/g），优于已报道的吸附剂。通过FT-IR、XPS、Zeta电位和理论计算探讨了其吸附机制。通过使用甲硝唑（MNZ）作为对照实验，对吸附过程中的主导力量进行了进一步探索。ONZ和MNZ的结构分别显示在图1b和c中。与MNZ相比，ONZ有一个额外的功能团-Cl。结果表明，氢键作用主导了ONZ在Al-TCPP上的吸附。这项工作不仅为去除ONZ和MNZ提供了一种高效的吸附剂，而且明确了硝基咪唑类抗生素吸附过程中的主导吸附力，有利于在分析主客体相互作用的基础上合理选择和设计新型吸附剂。
图1. (a) Al-TCPP, (b) ONZ, 和 (c) MNZ的化学结构（颜色：C，灰色；H，白色；N，蓝色；Al，粉红色；O，红色；Cl，绿色）。
图2. Al-TCPP的表征结果：（a）PXRD图案；（b）77K下的N2吸附和解吸等温线；（c）TGA分析；以及（d）SEM图像。
图3：（a）Al-TCPP对ONZ和MNZ的吸附能力；（b）使用Langmuir模型进行的吸附等温线拟合。
图4. ONZ和MNZ在Al-TCPP上的吸附动力学（a）以及伪二阶（b）和伪一阶（c）动力学模型的拟合。
图5. (a) 共存的无机盐，(b) 吸附剂用量和(c) pH值对Al-TCPP吸附能力的影响；(d) 不同pH值下Al-TCPP的Zeta电位。
图6. 吸附MNZ和ONZ前后Al-TCPP的FT-IR。
图7. Al-TCPP吸附MNZ和ONZ前后的XPS光谱：吸附前（a）N 1s和（d）O 1s；吸附MNZ后（b）N 1s和（e）O 1s；吸附ONZ后（c）N 1s和（f）O 1s。
图8. Al-TCPP中（a, b）ONZ和（c, d）MNZ的DFT计算的吸附点。
文章结论
（1）在这项工作中，Al-TCPP被合成为一种吸附剂，用于去除水溶液中的MNZ和ONZ。与其他吸附剂相比，它表现出优异的吸附能力。
（2）吸附过程可以用Langmuir和伪二阶动力学模型来描述。机理分析表明，氢键和π-π相互作用是吸附过程的力量。此外，理论计算和特征分析都进一步证明，氢键相互作用在吸附过程中占主导地位。
（3）离子共存实验证明了Al-TCPP在高效去除实际废水中的MNZ和ONZ方面的潜在应用。
（4）总的来说，所获得的结果不仅为废水中硝基咪唑类抗生素的深度去除提供了多孔材料，而且为分析吸附剂和吸附物之间的相互作用力提供了参考信息。
https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123659