MOFs耦合木材复合材料在环境修复方面应用研究进展

摘要

在中国积极倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念下，开发高效、低成本、零污染的先进可循环污染物去除技术，对于实现“绿水青山”目标至关重要。然而，当前主流的污染物去除技术，如活性炭吸附、高级氧化、膜分离等，虽具备成本优势，却常伴随去除效率低、能耗高及二次污染等问题。在此背景下，以纳米材料为核心的环境纳米技术（涵盖吸附、催化、膜分离等领域）凭借其高效性和功能多样性，在环境修复领域引发了广泛关注。金属有机骨架材料（MOFs）作为一类由金属离子与有机配体构筑的、具有1～3维结构的多功能晶态材料，因其有序的孔道结构、丰富的化学组成及高比表面积，在环境修复领域展现出良好的应用前景。然而，MOFs的粉末形态及其固有的易碎性、不宜加工性及低相容性，限制了其在回收、成型等方面的应用，从而阻碍了其在实际场景中的广泛推广。生物质材料，特别是木材，因其种类丰富、成本低廉及天然的高孔隙率等特性，在环境修复领域备受青睐。木材的多维孔道结构、丰富的羟基/羧基官能团以及良好的加工性能，使其成为固定粉末状MOFs的理想载体。近年来，国内外学者利用木材的这些本征特性，将MOFs作为新型载体，引入功能化纳米粒子或非均相催化剂等活性组分，构建了一系列新型复合结构体系，这些体系在木材、纤维素、凝胶等生物质及其衍生物基复合材料的制备和生物质催化转化中展现出巨大潜力。本文系统阐述了MOFs与木材的耦合策略，包括混合浸泡法、真空浸渍法、溶剂热法及原位生长法等，并深入解析了MOFs负载于木材表面形成MOFs/木材复合材料的机理，如物理吸附、润湿作用、毛细现象及构造成核位点等。同时，梳理并总结了当前MOFs材料在生物质及其衍生化学品领域的研究进展，重点讨论了MOFs/木材复合材料在气相污染物吸附、重金属离子去除、有害颗粒物过滤及高级氧化等环境修复领域的应用现状，并阐明了MOFs微观结构设计与复合材料宏观性能之间的内在联系。最后，展望了MOFs/木材复合材料未来发展所面临的机遇与挑战，为构建面向环境实际应用的MOFs基复合材料提供了新视角，有望进一步推动其在环境修复领域的广泛应用。

关键词

金属有机骨架材料(MOFs) / 木材 / 环境修复 / 水处理