六价铬具有高溶解性、高毒性和致癌性，且由于人类活动在工业废水和受污染的自然水体中广泛存在。传统六价铬去除方法包括：膜过滤法、絮凝沉淀法、电化学法和吸附法，而吸附法由于高效、经济、可回用等优点，成为了最广泛应用的六价铬去除方法。在吸附材料中，金属有机框架（MOFs），具有高比表面积、丰富的吸附位点、高水稳定性、易功能化且易回收等优点，受到了越来越多的关注。在过去的报道中，MOFs能够通过静电引力、离子交换、配位结合等作用对离子进行吸附。然而，现有MOFs吸附剂的再生往往需要酸、碱、浓盐溶液或有机溶剂，这不可避免地会产生二次污染和额外的成本投入。同时，选择性吸附Cr(VI)，并对其进行提纯回收，有利于Cr(VI)资源的循环利用。因此，我们亟需开发一种具有无化学添加再生方式、高Cr(VI)选择性、可回收性和快速吸附-脱附过程的MOFs吸附剂用以实现Cr(VI)的可持续去除。温敏再生型吸附剂可以适应离子交换柱体系并利用工业废热进行再生，具有实际应用潜力。在MOFs中同时引入质子（H⁺）供体和受体基团，或是引入温度响应性聚合物，均能够赋予MOFs温度响应再生的能力。在温敏性聚合物中，聚N-异丙基丙烯酰胺（pNIPAm）具有较低的低临界溶解温度（LCST ~ 32°C），因此，pNIPAm功能化的MOFs可以在温和的温度下再生，利用低品位废热，降低加热再生过程的能源成本。

实验室博士生方怡蕾基于该研究背景，通过原位聚合的方式将阳离子型聚合物pDDA和温敏型聚合物pNIPAm引入金属有机框架MIL-53中，开发了首个对六价铬[Cr(VI)]具有高选择性的可温敏再生型吸附剂；其中，pDDA片段可提供正电基团季胺基，通过静电引力与离子交换作用吸附水中的Cr(VI)，而pNIPAm片段在常温下呈舒展结构，在高温下转变为蜷缩结构，pDDA片段中吸附的Cr(VI)离子受到挤压而脱附，从而实现吸附剂的再生；该吸附剂在35-50°C的温和温度下高效再生，有助于其对Cr(VI)污染源工业（如电镀、皮革）中大量低品位废热的利用；该工艺耦合了工业废水处理和废热利用，有利于大幅度降低化学添加剂成本，减少化学污染和热污染；并且，对Cr(VI)的高选择性和易解吸，为从废水中富集和回收Cr(VI)提供了可能，从而降低了新资源的消耗。这一工作已发表在ACS ES&T Engineering。

摘要如下

工业废水中高毒性Cr(VI)的有效去除对于环境安全和人体健康至关重要。目前已开发出各类Cr(VI)吸附剂，但仍缺乏一种无需化学添加再生的环境友好型可持续吸附剂，以减少化学添加剂的使用量、降低回收成本和避免二次污染。本研究通过采用二烯丙基二甲基氯化铵和N-异丙基丙烯酰胺（pDDA-pNIPAm）功能化金属有机框架（MOF）材料，合成了一种可温敏再生的阳离子吸附剂（pDDA-pNIAPm-MIL-53），用于高选择性和可持续性地去除Cr(VI)。在室温（约25°C）下，它能够从含多种竞争离子的水溶液中快速地选择性吸附Cr(VI)，最大吸附容量为45.5 mg g^-1。在含铬工业废水中常见阴离子的影响下，均表现出高选择性Cr(VI)吸附。值得注意的是，该吸附剂可在温水（35-50°C）中实现Cr(VI)的高效脱附，因此可以利用六价铬污染源行业产生的大量低品位废热对其进行再生。该吸附剂的高选择性和温敏再生能力确保了其对水中Cr(VI)的高效去除和再生过程中对Cr(VI)的浓缩提纯，本工作为设计具有选择性吸附性能和温敏再生功能的MOFs提供了科学支持。

结果表明

（1） pDDA-pNIPAm共聚物中pDDA的占比为32.36 mol%时，材料的吸附性能和再生性能达到最优平衡，而当共聚物负载量为35.9 wt.%时，材料的吸附性能最佳；

（2） 当共存离子与Cr(VI)离子浓度摩尔比为1:1时，该材料对Cr(VI)的选择性可达130；

（3） 该材料在40分钟内达到吸附平衡，对Cr(VI)的最大吸附容量为45.5 mg g^-1；

（4） 该材料在50°C的温水中可实现100%再生，在90分钟内达到脱附平衡；

（5） 该材料在10个循环后仍显示出了优秀的水稳定性和循环使用性能；

  该材料对六价铬的吸附机理为静电引力和离子交换作用。