金属有机骨架材料MIL-101及其改性材料去除环境污染物的研究进展

目前我国水环境以及空气面临着严峻的污染形势,许多危害人身体健康的污染物亟待治理。 金属有机骨架作为目前新兴的多孔材料,具有高孔隙率、高比表面积、结构可调性以及不饱和金属位点等特点。 这使得金属有机骨架材料具有一定的环境污染物去除能力。 围绕对苯二甲酸铬金属有机骨架材料(MIL-101)及其功能化修饰的改性材料的结构信息展开,总结了材料的主要合成方法,对功能化修饰的方法和原理进行分析,重点分析了这种材料在环境污染物去除等方面的应用研究进展,包括它在重金属离子、农药、抗生素、有机染料、碘离子等污染物的吸附处理领域的应用, 以及在污染物的监测和环境风险预警方面的应用潜力。 指出了材料在制备成本、反复利用次数、污染物后续处理等方面仍然存在的问题。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

氨基功能化金属有机骨架光催化剂的制备及性能研究

氨基功能化金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)是一种非常具有吸引力的功能化MOFs,其兼具MOFs的高比表面积、孔道易调控及氨基的可后处理修饰的性能。通过简单的化学反应可实现功能基团的转化,从而制得新型的功能化MOFs,在气体存储、药物载体、选择性吸附气体小分子和催化等领域具有潜在的应用价值,因此开发氨基功能化的MOFs备受人们关注。本文综述了近年来氨基功能化MOFs在催化和吸附领域的研究进展,包括氨基功能化MOFs的制备方法、影响因素以及在环境方面的应用,并对今后的发展前景进行了展望。     

缺陷金属有机骨架的制备及其去除水中污染物的研究进展

在避免母体结构坍塌的前提下,通过缺陷工程对金属有机骨架(MOFs)进行处理可有效提升其去除水体污染物的性能。目前,通过调整合成条件(温度、金属/配体比例等)、添加调制剂、热处理和金属节点取代等方式可制备缺陷MOFs。粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析、热重-差热分析(TGA-DSC)、电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电子显微镜(HR-TEM)、球差校正透射电镜(AC-TEM)和X射线吸收光谱(XAS)表征技术可证实MOFs中缺陷的特征。相比原始MOFs,从光催化等高级氧化的角度来看,构造缺陷型MOFs可促进电子转移、减小带隙以提升其高级氧化降解去除污染物的性能。此外,缺陷型MOFs还可为污染物提供更多吸附位点,进一步提升吸附剂的吸附容量和吸附速率。本文系统总结缺陷MOFs的制备方法、现有常见表征技术及其在水处理领域中的应用。同时,本文还根据缺陷MOFs用于去除水中污染物的研究现状对其今后发展予以展望。     

季铵功能化的金属有机骨架对水中双氯芬酸钠的高效吸附与去除

通过两步合成法制备了季铵功能化的金属有机骨架MIL-101（Cr）即MIL-101（Cr）-NMe₃,并考察了该材料对双氯芬酸钠（DCF）的吸附行为。通过不同浓度的DCF在MIL-101（Cr）-NMe₃吸附剂上的动力学数据,以及在不同温度下的吸附平衡等温线和MIL-101（Cr）-NMe₃吸附剂的重复使用性能考察,发现该材料对DCF的吸附过程符合准二级动力学方程,吸附平衡等温线符合Langmuir等温吸附模型,在20℃下的最大吸附量为310.6 mg/g,5次循环使用后吸附量未明显减少。MIL-101（Cr）-NMe₃对DCF的吸附作用机理可归结为静电相互作用和π-π相互作用,吸附效果远大于未修饰氨基的MIL-101（Cr）。可以预见该材料对水中DCF的去除具有良好的应用前景。     

金属有机骨架材料在吸附分离大气污染物中的应用

大气污染问题是关系人民生命健康和经济社会和谐发展的重大问题.因此需要开发高效的吸附材料用于大气污染物的吸附和分离.金属有机骨架材料(MOFs)是一类新型的多孔材料,该材料具有结构多样、孔结构有序、大比表面积和高孔隙率等结构特点.MOFs通过调节有机配体的长度和官能团调节孔径和孔道尺寸,并进行功能化修饰在孔道中引入功能性...     

金属有机框架材料用于去除环境污染物研究进展

金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是以有机配体为连接体以及以金属离子或金属离子簇为节点,由配位键自组装形成的具有周期性结构的金属配位聚合物.自20世纪以来,MOFs的研究取得了突破性的进展.研究发现,MOFs不仅在光、电、磁、催化方面具有潜在的应用前景,而且在识别与交换、存储与吸附、化合物的选择性分离等方面也具有日益广泛的应用,正在发展成为一种新型多功能材料.近年来,研究人员对MOFs在吸附去除各种环境污染物机理和应用进行了较为系统深入的研究.本文就以下几方面进行阐述:MOFs对农药分子的吸附去除;水中有机染料分子与PPCPs(药物及个人护理产品)的吸附去除;水中重金属离子的吸附去除;大气中PMs(悬浮颗粒物)的吸附去除四个部分.     

功能化金属有机骨架材料在放射性离子检测中的应用

随着化石能源的短缺和环境污染的日益加剧,核能由于具有高能量密度和低污染排放的特点而受到青睐。然而,产生的放射性核废料仍会对人类健康和环境产生严重危害,因此对其安全有效的处置仍是这一领域的重要问题。金属-有机骨架(MOFs)是一种新型多功能分子基材料,由金属离子或者金属簇与多齿有机配体通过配位键连接自组装而成的具有周期性的网格结构。MOFs材料具有许多优于传统多孔材料的特性,使得MOFs材料在对放射性离子的吸附与检测中展现出了广阔的应用前景。本文综述了近年来关于MOFs材料功能化修饰的策略,以及基于MOFs对放射性离子的吸附和传感的研究进展,并对其今后的发展前景进行了总结和展望。     

功能化金属有机骨架材料在放射性离子检测中的应用

With the shortage of fossil energy and increasing environmental pollution, nuclear energy has received extensive attention by its virtue of high energy density and low emission of greenhouse gases. However, radioactive nuclear waste remains a serious task for its safe and effective disposal due to their harmful effects on human health and the environment. As a new type of multifunctional nanomaterial, metal-organic frameworks (MOFs) are synthesized via the self-assembling combination of inorganic metals and organic ligands. Compared with traditional porous materials, MOFs have broad application prospects in the adsorption and detection of radioactive ions. In this paper, we reviewed the functional modification strategies of MOFs and summarized the progress in the applications of functionalized MOFs in removal and fluorescence sensing of contaminated ions in recent years. Besides, the future development trends are also discussed.     

双金属有机骨架的制备及其吸附水体污染物的研究进展

近年来,随着农业化、工业化和城市化进程的推进,各行业排放的农药、兽药、重金属离子和染料等水体污染物对生态环境和人类的生产生活带来了巨大的危害,因此采取绿色且高效的方法去除污染物具有重要意义。金属-有机骨架（Metal-organic framework, MOFs）是一种由金属离子和有机配体组成的多孔结晶材料,具有可调节孔径和大比表面积等优势,在各个领域具有广泛的应用。然而,单金属MOFs虽性能优异,但孔隙小,活性位点少,而引入第2种金属离子形成的双金属MOFs材料具有孔道丰富、比表面积大、结构可调和丰富的活性位点等优点,广泛应用于催化、储存、载药和运输等领域。增加的吸附位点和增强的协同效应,使得双金属有机骨架材料在吸附领域有着潜在的应用前景。该综述对近8年双金属MOFs最新研究进展进行了总结,讨论了双金属MOFs在合成和应用方面所面临的挑战,并对它们的进一步发展前景进行了展望,为双金属MOFs的制备和污染物吸附应用提供参考。     

金属有机框架材料的研究进展

金属有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料是一类由有机配体与金属中心经过自组装形成的具有可调节孔径的材料。与传统无机多孔材料相比,MOFs材料具有更大的比表面积,更高的孔隙率,结构及功能更加多样,因而已经被广泛应用于气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域中。新兴材料的出现极大地促进了各个学科间的相互发展,本文综述了近年来MOFs材料的研究发展,包括MOFs材料自身的特点、国内外发展现状、应用领域以及复合MOFs材料的研究热点,并对今后的发展进行了展望。     

金属有机骨架及其复合材料在分离领域中的应用进展

金属有机骨架（MOFs）是一类由无机金属离子与有机配体自组装形成的新型有机-无机杂化多孔材料,因具有比表面积超高、结构多样、热稳定性良好、孔道尺寸和性质可调等优势,在分离领域表现出重要的应用价值。然而,采用传统方法制备的MOFs多为粒径在微米或亚微米尺度的晶体,且颗粒形貌不规则,因此限制了MOFs在样品前处理和色谱固定相等领域的应用和发展。构建基于MOFs的复合材料是弥补MOFs应用缺陷的一项有效措施,有望在保留MOFs优越的分离特性的同时,引入基体材料的特定性能。该文简要综述了近年来MOFs及其复合材料在吸附、样品前处理和色谱固定相等分离领域中的应用进展,并对MOFs在分离科学中的应用前景做出展望。     

金属有机骨架应用于样品前处理研究的最新进展

作为一类新型多孔晶体材料,金属有机骨架（MOFs）在储能、催化、传感和分离等领域得到了广泛应用。MOFs多样的拓扑结构、大的比表面积和可调的孔径使得其在样品前处理领域拥有广阔的应用前景,基于MOFs及其衍生材料的样品预处理新方法层出不穷。该文总结了近几年MOFs粉末、MOFs膜、MOFs纳米片和MOFs复合材料等应用于固相萃取、固相微萃取和磁固相萃取等样品前处理技术的研究进展,并对该领域研究进行了展望。     

面向丙烯/丙烷吸附分离的金属有机骨架材料的高通量计算筛选

丙烯、丙烷作为分子尺寸相近的共沸物,其分离一直是化工领域研究热点。金属有机骨架(MOFs)材料因其高度可调的孔道结构,在丙烯/丙烷分离应用上已展现出诱人潜能。本文基于Core MOF 2019数据库,采用巨正则蒙特卡洛基高通量计算筛选技术,获得了分离性优异的MOFs结构,发现其拥有适中的丙烯吸附量和较弱的丙烷吸附能力,且骨架孔径为3.70～4.10?、孔隙率中等(0.35～0.44),并揭示了孔道中心吸附位的选择性与丙烯/丙烷分离系数间关系。本研究阐明了高丙烯/丙烷分离性的骨架材料的结构和性能特征,为设计MOFs实现丙烯/丙烷的高效分离提供理论指导和数据支撑。     

磁性金属有机骨架-聚多巴胺的制备并用于水产养殖水样中阳离子染料的萃取检测

利用多巴胺(DA)中的儿茶酚基团能与金属有机骨架晶体(MOFs)中金属离子螯合的原理,以ZIF-67为模板,经DA蚀刻-自聚合形成具有孔洞结构的聚多巴胺(PDA)壳层,制备了磁性-MOFs-PDA(Fe₃O₄@Z67D)新型材料。多种表征手段验证了材料的形貌、结构和性能。新型材料具有亲水性的表面、纳米级的孔径,以及良好的磁响应,被用作磁固相萃取吸附剂。结合高效液相色谱分析手段,建立了萃取检测亚甲蓝(MB)和结晶紫(CV)两种阳离子染料的新方法。在最优的萃取和色谱分析条件下,MB和CV的线性范围分别为0.5～200μg/L和0.01～50μg/L,检出限分别为0.04μg/L和0.008μg/L,对两种染料的富集因子分别为777和688。新型材料重复使用10次,其萃取性能未见发生变化。该方法成功应用于检测淡水鱼养殖用水中痕量的MB和CV,加标回收率为82.0%～109.0%, RSD低于2.9%。     

金属有机框架材料的制备及在吸附分离CO2中的应用

金属有机框架（MOFs）材料是当今的研究热点之一,是一类颇有潜力成为适用于CO₂吸附和分离的重要材料。本文从MOFs的发展及其所具有的特点、MOFs用于CO₂的吸附与分离所取得的突破性进展以及MOFs的传统合成及绿色制备方法三个方面展开论述。主要论述了MOFs适用于CO₂吸附的原理,及其相对于传统的CO₂吸附材料所具有的特点和优势,亦阐述了MOFs修饰与调变的方法。列出了MOFs用于单组分CO₂吸附及CO₂/CH₄、CO₂/N₂吸附分离的结果。同时,针对传统MOFs制备方法不适宜大规模CO₂捕集材料的生产,特别论述了机械化学合成法和新兴的潮湿矿物风化法,其均具有绿色化、无溶剂、低能耗和简单等特点,是一类较有研究价值和应用潜力的技术。随着温室效应和不可再生石化燃料的消耗等环境和能源问题的日趋严峻,研究及开发适用于CO₂捕集与封存技术的MOFs新材料迫在眉睫,且任重而道远。     

Tuning the release rate of volatile molecules by pore surface engineering in metal-organic frameworks

Encapsulation and controlled release of volatile molecules such as fragrances in a designed manner is important but challenging for the flavor and fragrance industry. Here, we report the tuning release of volatile molecules by postsynthetic modification of an amine-terminated metal-organic framework(MOF) MIL-101-NH_2. By amidation, we obtained three MIL-101 MOFs, the trimethylacetamideterminated TC-MIL-101, the benzamide-terminated BC-MIL-101, and the oxalic acid monoamideterminated OC-MIL-101. All the MOFs can efficiently encapsulate volatile molecules. Moreover, we demonstrate that the release profile of volatiles can be widely tuned to sustain the release in several days to months and even over a year using different modified MIL-101 MOFs. We show that the release profiles are correlated with the binding energies between the guest volatiles and pores in MOFs. The pore diffusion and the synergistic transport are the rate-limiting step of the guest molecules from the modified MOFs.     

Highly Sensitive Adsorption and Detection of Iodide in Aqueous Solution by a Post-Synthesized Zirconium-Organic Framework

Effective methods of detection and removal of iodide ions (I⁻) from radioactive wastewater are urgently needed and developing them remains a great challenge. In this work, an Ag⁺ decorated stable nano-MOF UiO-66-(COOH)₂ was developed for the I⁻ to simultaneously capture and sense in aqueous solution. Due to the uncoordinated carboxylate groups on the UiO-66-(COOH)₂ framework, Ag⁺ was successfully incorporated into the MOF and enhanced the intrinsic fluorescence of MOF. After adding iodide ions, Ag⁺ would be produced, following the formation of AgI. As a result, Ag⁺@UiO-66-(COOH)₂ can be utilized for the removal of I⁻ in aqueous solution, even in the presence of other common ionic ions (NO₂⁻, NO₃⁻, F⁻, SO₄²⁻). The removal capacity as high as 235.5 mg/g was calculated by Langmuir model; moreover, the fluorescence of Ag⁺@UiO-66-(COOH)₂ gradually decreases with the deposition of AgI, which can be quantitatively depicted by a linear equation. The limit of detection toward I⁻ is calculated to be 0.58 ppm.