金属有机框架(MOFs)作为一种新型的多孔材料,因其高度可调的结构、广泛的比表面积和优异的吸附性能,成为近年来污染物去除领域的重要研究对象。MOFs由金属离子与有机配体通过配位键结合形成的三维网络结构,不仅具有优越的吸附能力,还能通过调控其孔隙结构和表面化学性质,实现对特定污染物的选择性吸附。然而,由于MOFs材料通常存在较差的稳定性和机械强度,限制了其在实际应用中的推广。为了解决这些问题,科学家们对MOFs进行了衍生化处理,得到了一系列具有高稳定性和高催化活性的衍生材料。近年来的研究表明,MOF衍生材料在水处理、空气净化、土壤修复等领域展现了良好的应用前景。这些衍生材料能够通过物理吸附、化学降解、催化氧化等多种方式,有效去除有机污染物(如苯类化合物、酚类、染料)和无机污染物(如重金属离子、氮氧化物)。因此,MOF衍生材料的开发和应用已然成为环境污染治理领域的重要研究课题。
为深入探讨先进 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展,近期,南京林业大学葛省波副教授、中南林业科技大学张仲凤教授、西安工程大学樊威教授、沙赫鲁德理工大学Mashallah Rezakazemi教授合作在Elsevier旗下《Coordination Chemistry Reviews》期刊上发表了题为《先进 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展》(Progress in advanced MOF-derived materials for the removal of organic and inorganic pollutants)的综述论文。该综述详细探讨了先进的 MOF 衍生材料的构造和组成,包括后处理、直接混合、原位生长和绿色合成。然后,介绍了 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物中的应用和机理。最后,概述了 MOF 衍生材料对联合国可持续发展目标的环境应用评估和贡献。总的来说,本综述将为设计和合成先进的 MOF 衍生材料以有效修复有机和无机污染物提供有用的见解。
图1. MOF衍生材料的合成及应用
图4. 原位生长法
随后文章根据其化学成分,MOF 衍生材料可分为纯 MOF 衍生材料、MOF@有机材料、MOF@无机材料和其他 MOF 基复合材料。并且对比了不同种类MOF衍生材料的特点、可重复性以及应用场景。
然后是这篇综述的一大亮点,通过介绍MOF衍生材料在有机污染物和无机污染物中的应用,将有机污染物分为有机染料、苯和醛、石油有机物、抗生素四类;将无机污染物分为重金属离子、空气污染物、工业气态污染物、二氧化碳四类,详细阐述了MOF衍生材料在有机污染和无极污染处理中的作用机理。
图7. MOF衍生纤维膜对工业气态污染物的吸附机制
此外,本综述从MOF衍生材料的稳定性、亲水性和疏水性、多孔结构三个角度来分析评判了MOF衍生材料的环境友好性,总结了先进MOF材料在实现关键可持续发展目标方面的潜力和意义,MOF材料主要集中在实现清洁水和卫生设施、气候行动、水下生命、陆地生命和负担得起的清洁能源。
文章最后展望了MOF衍生材料在有机污染和无极污染处理中的未来发展,当前面临的问题和持续挑战。包括MOF衍生材料的绿色回收、利用计算机技术利用MOF衍生材料根据污染物的形状和尺寸等特性建立准确的吸附模型以及MOF衍生材料大规模生产等问题。针对性解决各自领域中的问题,例如含有Fe、Co、Ni等元素的MOF衍生材料具有磁性,有助于在污染物处理后期对其进行回收、如果将MOF衍生材料的这一特性与空调或空气净化设备的除湿功能结合起来,MOF的吸附性能可能会大大提高、通过结合不同材料的特点来增强MOF符合衍生物的性能,扩大MOF衍生材料的应用范围。
得益于材料科学和制造技术的持续创新,MOF衍生材料也在迅速发展,持续更新迭代,对着环境污染治理问题越来越受到全世界的关注,MOF衍生材料在环境治理领域的潜力也将进一步被发掘。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216474