近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院李建洪教授團(tuán)隊(duì)研究成果以“A novel magnetic double MOF composite is synthesized for removing azole fungicides economically and efficiently”為題在Applied Surface Science上發(fā)表。該研究合成了一種新型磁性雙MOF吸附材料并圍繞該材料建立了稻田生態(tài)系統(tǒng)中5種唑類殺菌劑多殘留的快速去除方法。

 

　　研究人員通過(guò)金屬有機(jī)框架ZIF-90 和 MIL-68（Al） 合成了一種新型的磁性雙MOF復(fù)合材料---Fe3O4@ZIF-90@MIL-68（Al），并將其用于稻田生態(tài)系統(tǒng)中唑類殺菌劑的殘留去除。經(jīng)FT-IR，TEM，SEM，XRD，VSM，Zeta，BET，TG等一系列表征分析證實(shí)，與傳統(tǒng)單MOF材料相比，該材料化學(xué)性質(zhì)更穩(wěn)定，可以快速分散在水環(huán)境中，更適合田間實(shí)際應(yīng)用，且對(duì)環(huán)境中殘留的農(nóng)藥具有優(yōu)良的吸附性能。此外，采用HPLC及FT-IR分析技術(shù)考察了其重復(fù)利用性，發(fā)現(xiàn)在連續(xù)十次吸附-解吸循環(huán)后，對(duì)目標(biāo)農(nóng)藥的去除效率仍保持較高水平。與其他吸附材料相比，F(xiàn)e3O4@ZIF-90@MIL-68（Al）在吸附能力和再生能力方面表現(xiàn)出雙金屬有機(jī)框架材料的特有優(yōu)勢(shì)。最后，作者應(yīng)用該吸附材料建立了稻田生態(tài)系統(tǒng)中5種唑類殺菌劑多殘留的快速去除方法。在實(shí)際樣本加標(biāo)實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)農(nóng)藥去除效率均達(dá)80 %以上。該研究對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)藥殘留凈化去除具有重要意義。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)在MOF修飾的生物質(zhì)復(fù)合材料研發(fā)中，將小麥秸稈制成生物炭與磁性MOF材料結(jié)合，制備了可同時(shí)去除唑類殺菌劑殘留又兼具較高殺菌活性的新型吸附材料，也為材料的多功能化研究提供了新的思路；在MOF材料與唑類農(nóng)藥吸附機(jī)理研究方面，運(yùn)用molclus等軟件結(jié)合吸附動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)及XPS等表征分析技術(shù)，從分子模擬、理論計(jì)算、表征推斷、實(shí)際驗(yàn)證等多個(gè)層面揭示MOF材料特異性吸附唑類農(nóng)藥的機(jī)理，為進(jìn)一步從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，合成特異性吸附劑打下良好基礎(chǔ)；在磁性MOF材料基于的MSPE農(nóng)藥殘留快檢技術(shù)研究中，合成了多種唑類農(nóng)藥特異性吸附劑，將MSPE技術(shù)與QuEChERS方法聯(lián)用，擴(kuò)大MSPE技術(shù)的應(yīng)用范圍，簡(jiǎn)化QuEChERS方法凈化過(guò)程，對(duì)快速檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留具有重要意義。

 

　　植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院碩士研究生周冬冬為該論文第一作者，楊中華副教授為通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFD1002103）湖北省自然科學(xué)基金（2020CFB528）和國(guó)家自然科學(xué)基金資助（21507032）。

 

　　【英文摘要】

 

　　In this study, Fe3O4@ZIF-90@MIL-68（Al） composite was synthesized by a facile method and used as a reusable adsorbent to effectively remove azole fungicides from paddy field water. Notably, the introduction of ZIF-90 made the magnetic adsorbent more stable and significantly improved the adsorption performance. Specifically, a series of characterization analysis were carried out and this composite displayed a high specific surface area, excellent magnetic strength, and good thermal stability, which meet the expectations. Additionally, the adsorption behaviors and mechanisms of Fe3O4@ZIF-90@MIL-68（Al） toward azole fungicides were studied systematically. The pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm model was confirmed to be more suitable for describing this adsorption process. Besides, the adsorption process of azole fungicides onto Fe3O4@ZIF-90@MIL-68（Al） was mainly based on pore filling, surface complexation, covalent bonding, π-π stacking effect and hydrogen bonding. Interestingly, the maximum adsorption capacity of Fe3O4@ZIF-90@MIL-68（Al） toward prochloraz was 352.32 mg g?1, which was probably one of the highest adsorption capacities reported. Meanwhile, the magnetic adsorbent can be regenerated by methanol treatment and maintain a high adsorption capacity after the 10th cycle. Hence, this work provides an economical and feasible method for removing azole fungicides from field water samples.

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153441