摘要：金属有机骨架（MOF）复合材料在水净化领域的应用引起了人们的广泛关注。大多数研究人员试图在设计具有单组分优势的多组分MOF复合材料同时也可以解决MOFs和其他单一功能材料的缺陷。在这篇简短的综述中，我们重点讨论了先进的多功能MOF复合吸附剂的优势和集成策略，系统分析了MOF与功能组分之间的相互作用机制。最后，我们对未来研究的机遇和挑战提出了个人看法，希望激励更多的研究人员参与该领域的探索。

关键词：MOF复合材料、吸附、水处理、改性、多功能材料

1. 前言

随着经济的快速发展，大量污染物（放射性元素、重金属、农药、抗生素、染料等）被释放到水中[1]，对人类和其他生物的健康构成严重威胁。在过去的几年里，人们长期致力于探索水净化技术[2]。其中吸附法由于其设计简单、实施灵活、易于再生等优势被认为是净水技术中最常用的方法之一。然而传统吸附剂的选择性、吸附能力和可重复使用性较差，阻碍了其应用潜力的发挥。目前迫切需要探索具有高比表面积、最佳孔径、骨架可调性和活性位点控制的更先进的吸附材料[3]。

MOFs是一种极具前景的多孔材料，大多数MOFs具有高比表面积、有序的多孔结构、可调节的结构和物理化学性质，普遍优于传统类型的多孔吸附材料。根据之前的报道，MOFs在水处理中的应用将其成功归因于MOFs的孔径、内部基团官能化（-NH2、-OH、-SH、-COOH和-S-等）、客体离子交换以及MOFs吸附剂与污染物之间的相互作用（π-π相互作用、氢键和静电相互作用）等[4]。尽管MOFs已被广泛报道为吸附剂，但大多数研究仅关注水稳定的MOFs材料，这限制了MOFs的大规模工业应用。此外水溶液中MOFs材料的不完全回收可能会对环境造成二次污染。我们应该考虑解决MOFs的缺点，探索更有价值的MOF基吸附剂。

近年来，随着各种MOFs吸附剂设计策略的不断改进，MOF复合吸附剂在水净化和再生中的应用越来越突出[5]。通常我们可以通过改变MOFs的成分来调节其化学多样性和孔隙率，同时选择相应的基材也可以改变MOF复合材料的柔韧性、坚固性和可加工性[6]。研究至今，MOF材料已成功与各种功能材料结合，包括膜、纳米粒子（NP）、多孔材料、聚合物基材和纺织纤维等。最近的一些研究也突出了复合材料在污染物吸附中的应用，例如复合材料Fe3O4@MOF复合膜有助于吸附剂在吸附后与反应介质分离[3]。Yamauchi的团队报道了一种具有有序平面内介孔的2D MXene聚多巴胺异质结构（PDA/MXene）。随后的实验结果表明，PDA/MXE具有非凡的离子吸附能力[4]。PDA层的插入不仅减少了MXene的堆积，还起到了保护层的作用，防止MXene氧化。因此，聚合物可以被视为引入MOF吸附剂的保护涂层，在一定程度上，聚合物的活性位点也可以提高材料的整体去除能力。MOF复合材料在用功能材料改性后保持了原始结构，并且可以获得单个组件无法实现的增强吸收性能，因此MOF复合吸附剂具有广泛的应用潜力[7]。

迄今为止，MOF复合吸附剂的系统研究尚未得到全面综述。本文首先简要介绍了MOF复合吸附剂的合理设计策略。然后系统阐述了污染物在MOF复合材料上的吸附性能。同时，我们强调了MOF复合材料的潜在工业应用，并指出了该领域未来的发展方向。总结MOF复合吸附剂的最新进展，为进一步的研究开辟道路。

2. MOF复合吸附剂的集成策略

为了满足MOF在水净化领域的实际应用，MOF和功能材料的可控集成可以有效提高吸附性能和骨架稳定性[8]。一般来说，功能化改性MOF复合吸附剂的策略可分为以下几类：1）为了抑制MOF吸附剂的聚集并控制MOFs在吸附过程中的形态，MOF颗粒可以被限制在一些网状多孔基质的孔中，如CNT、AC、介孔分子筛和纤维素网络中。MOFs的嵌入可以为复合吸附剂带来显著的吸附选择性，额外引入的功能材料可以与MOFs协同工作，显示出增强的吸附性能。2）研究人员通常通过可控集成双功能或多功能材料来制备多功能MOF复合材料。在之前的报道中，纯MOF吸附剂通过在配体上引入官能团来实现功能修饰[9]。引入这些官能团可以提供额外的吸附位点。因此，MOF吸附剂还可以与GO（-OH）、聚多巴胺（-OH，-NH2）或壳聚糖（CS）纳米纤维（-OH、-NH2）结合[6，10]。-OH或-NH2的存在会产生氢键或与污染物分子的静电相互作用，以提高MOF复合材料的吸附效率。综上所述，通过可控集成双功能或多功能纳米材料构建多功能MOF复合材料是一种可行的吸附剂设计策略[4，11]。

在实际应用中，MOF吸附剂的推广仍面临巨大挑战[7]。MOF吸附剂的主要局限性是粉末状的形态导致了其具有可回收性差和二次污染的隐患。研究人员为克服目前的困难做出了相当大的努力。其中一种解决方案是制备具有磁分离能力的磁性MOF复合材料[12]。例如，引入Fe/Fe3O4可以改善复合材料的物理和化学性能。此外，它们的磁性有助于在吸附后将复合材料与反应介质分离。胡的团队将Fe3O4引入TMU-32（[Zn（OBA）（DPU）]2·DMF·H2O）中，实现了MOF孔的功能化。包封在TMU-32孔中的Fe3O4 NP调节了骨架的表面电荷Fe3O4@TMU-32对Hg2+和Pb2+表现出更好的可回收性和高容量[13]。

MOF吸附剂的分离问题也可以通过将MOF颗粒转化为聚合物基质膜（静电纺纳米纤维膜、薄膜纳米复合材料（TFN）膜和混合基质膜（MMM））来克服[14]。高孔隙率的膜具有高通量过滤结构的特点，易于与水溶液分离，是MOF复合吸附剂基质材料的高质量候选者。最具代表性的杂化膜材料是使用电纺纳米纤维膜作为基材，MOFs作为吸附选择性相。最普遍的方法是将MOF NP添加到电纺聚合物前体中，然后将MOF NPs嵌入纳米纤维的表面和内部，以制备MOF纤维杂化膜[13，15]。然而，这种方法制备的杂化膜中MOF的孔隙可能会被覆盖，这将严重限制吸附在研究中的应用。另一种方法是在纳米纤维表面原位制备MOF NPs。MOF杂化膜不仅实现了吸附后易于分离的目的，而且MOF材料中的孔和吸附位点也可以完全暴露以达到预期的性能[16]。然而这种化学改性是一个极其复杂的过程，膜的原始结构可能会被破坏，从而影响膜的分离性能和机械强度。共混，一种高效经济的改性技术，主要将亲水性化合物或功能性NP与膜基质共混。通过这种方法获得的杂化膜保持了良好的渗透性，同时继承了NP的功能[17]。基于上述启发，研究人员将MOF颗粒嵌入聚合物膜基质中，以改善混合膜的吸附过滤机制和选择性。

MOF复合吸附剂在水处理领域发挥着重要作用，通常目标分子的吸附选择性源于复合吸附剂中的MOF结构。吸附机理主要包括静电相互作用、分子间氢键、π-π相互作用等等[18]。将MOFs与磁性材料或可模塑聚合物基质（纤维、聚合物膜、球体等）结合也可以克服MOF吸附剂的分离问题。综上所述，MOF复合吸附剂将是一种极具前景的水净化材料。

3. 前景与展望

探索MOF复合材料作为吸附剂是水处理的有吸引力的策略。在未来的研究中，通过大规模、低成本和环保的方法合成具有优异稳定性、高吸附容量和优异选择性的MOF复合吸附剂将引起人们的极大关注。我们提出了几个需要考虑的方面：（i）通过引入多种金属离子或有机官能团来改性MOFs的多孔结构以实现超高孔隙率并富集活性位点，将在MOF复合吸附剂的性能改进中发挥关键作用。（ii）在吸附剂结构中引入疏水官能团或采用疏水材料包埋策略是提高吸附剂整体稳定性的有前景的方法。（iii）应积极制备用于阻燃剂和内分泌干扰物等新兴污染物的MOF复合吸附剂。工业社会的发展必然会导致污染物的多样性，未来更多新型污染物的出现给水处理带来了前所未有的挑战。

本文对MOF复合吸附剂进行了有意义的阐述，鉴于其在污水处理方面的巨大潜力，我们需要对MOF复合吸附剂的吸附行为和机理进行更详细的研究。MOF复合吸附剂在水处理中的大规模应用还有很长的路要走，但未来对MOF复合吸收剂的研究有望进一步提升吸附材料的实际应用前景。

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