離子液體功能化磁性金屬有機骨架納米復合材料

　　離子液體功能化磁性金屬有機骨架納米復合材料，可有效萃取和檢測環境水中的抗生素

　　氟喹諾酮類抗生素(FQs)是一類被廣泛使用的廣譜抗菌藥物。隨著使用量的日益增加，FQs通過生物體排泄物排放到水環境中，將導致細菌耐藥性增加，對人類和環境產生潛在的不利影響。因此，在環境科學領域對水中痕量FQ的選擇性提取和高靈敏度分析至關重要。

　　然而，FQ的低濃度和樣品基質的復雜性使得靈敏而專一性的測定具有挑戰性。為此，已經開發了幾種預處理技術，包括液-液微萃取，固相萃取/微萃取和磁性固相萃取(MSPE)。金屬有機骨架(MOF)是一類由金屬離子或簇和有機配體組成的高度有序的多孔配位聚合物。其可設計的化學組成，可調節的孔徑，較大的BET比表面積和化學性質，包括ZIF-8，MIL-125-NH2和UiO-66-NH2。已有文章報道了構建磁性納米復合材料Fe3O4@UiO-66-NH2@MON用作MSPE中的吸附劑用于黃曲霉毒素的富集和靈敏檢測，這表明MOFs材料對環境中FQ是有前途的。然而，基于MOFs材料的實際應用受到其低水穩定性缺陷的限制，而且還要同時獲得高的選擇性和吸附能力，這將是一項艱巨的挑戰。

　　圖1.

　　磁性納米復合材料的制備與應用

　　（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）

　　基于此，華東師范大學周天舒教授等人通過合理地設計的金屬中心和可調節的有機配體，合成了水穩定的Zr-MOF。由于Zr-MOF和FQ帶負電，因此Zr-MOF吸附FQ不利。引入聚多巴胺(PDA)功能化的Fe3O4，通過逐層修飾來構建核-殼結構，最終獲得了帶正電的Fe3O4@Zr-MOF。此外，研究者將疏水性羧基官能化的IL(IL-COOH)封裝到Fe3O4@Zr-MOF中以提高選擇性和提取效率，并成功地制備了新型的IL-官能化的磁性納米復合材料(IL-COOH/Fe3O4@Zr-MOF)。

　　圖2. (A) FQs結構

　　(B) Zr-MOF的XRD (C) pH=6.5時Zr-MOF的Zeta電位

　　（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）

　　將疏水性羧基官能化的離子液體(IL-COOH)封裝到制備的Fe3O4@Zr-MOF中，合成了新型的水穩定性IL-COOH/Fe3O4@Zr-MOF納米復合材料。引入了聚多巴胺官能化的Fe3O4，通過逐層修飾來構建核-殼結構，并實現了Zr-MOFs的受控生長，從而實現了納米復合材料帶電特性的調整。

　　圖3. (A) Fe3O4,(B) Fe3O4@PDA, (C) UiO-67-bpydc, (D) Fe3O4@UiO-67-bpydc的TEM圖片

　　（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）

　　通過IR，HNMR，XRD，N2吸附-解吸等溫線，TEM，EDS，VSM等手段，研究人員對IL-COOH/Fe3O4@Zr-MOF進行了系統的研究。隨后將它們用于選擇性吸附和檢測氟喹諾酮抗生素(FQs)。吸附等溫線和動力學表明，吸附過程遵循偽二級動力學模型和Langmuir等溫線模型。

　　圖4.

　　(A) XRD,(B) EDS mapping, (C) IL-COOH/Fe3O4@UiO-67-bpydc磁滯回曲線, (D)磁性分離.

　　（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）

　　圖5.

　　吸附動力學相關曲線

　　（圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces）

　　其中，IL-COOH/Fe3O4@UiO-67-bpydc表現出最佳的吸附性能，氧氟沙星的最大吸附容量為438.5 mg g-1。基于IL-COOH/Fe3O4@UiO-67-bpydc，開發了一種磁性固相萃取與HPLC-DAD結合的簡便、靈敏、高效的方法，用于萃取和檢測環境水中的FQ。檢側限低至0.02 μg L-1。

　　這項研究還為設計和制備用于去除或檢測環境樣品中污染物的多功能納米復合材料提供了有借鑒意義的策略。

　　原文鏈接：

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c17310

　　原文作者：

　　Dingkun Lu, Menghan Qin, Chang Liu, Jingjing Deng, Guoyue Shi, and Tianshu Zhou

　　DOI:

　　10.1021/acsami.0c17310