298 工程科学学报，第42卷，第3期 表2不同MOF材料对阴离子态重金属的吸附性能及机理对比 Table 2 Comparison of adsorption performances and mechanisms of different MOFs for anion heavy metals Adsorbents Heavy metals Adsorption capacity/(mg'g) Adsorption mechanism References SCU-100 TeO 541.00 Ion exchange [58] Zrs-MOF Se(VI) 86.60 Ion exchange [60 1-NO3 Cr(VI) 37.00 Ion exchange [61 ZU-101 Cr(VI) 245.00 Electrostatic attraction,Ion exchange [62] MIL-100(Fe) As(V) 57.71 Coordination [67] Ui0-66 As(IIIVAs(V) 10.00/40.00 Coordination [68] MIL-53(Fe) As(V) 21.27 Electrostatic attraction.Coordination [69 MIL-100(Fe) As(V) 110.00 Electrostatic attraction,Coordination [70] ZIF-8 As(IIIVAs(V) 49.49/60.03 Electrostatic attraction,Coordination [71) Fe:O.@ZIF-8 As(III) 100 Coordination [72] MnO2@ZIF-8 As(III) 140.27 Not reported [73] 通过对MOF材料吸附重金属离子特性进行 以及在MOF材料合成过程中对结构演变进行诱 分析后可知，该类材料对大部分典型重金属都具 导或调控等措施来提高单一MOF材料的吸附性 有非常高的吸附性能，甚至部分材料的吸附能力 能、结构稳定性、易回收性以及重复利用性等 远高于传统吸附材料.由于MOF材料本身属于人 (3)对于阳离子重金属而言，吸附机制主要包 工合成材料，对其结构和官能团进行修饰的难度 括静电引力作用，表面官能团的配位螯合作用，离 要低于对传统材料的修饰，因此在提高其吸附能 子交换作用，另外MOF材料中的孔道也对重金属 力方面仍有非常大的潜力.在吸附机理方面，通过 截留起了重要作用.MOF材料对中性以及阴离子 对比可以发现，MOF材料对阳离子重金属的吸附 重金属的吸附机理主要包括表面配合、阴离子交 主要是基于配位作用、静电引力、螯合作用、阳离 换和静电引力作用等 子交换以及孔道截留（物理吸附），对阴离子重金 3.2展望 属的吸附主要是基于配位作用、静电引力和阴离 基于对现有研究的分析，提出以下研究展望： 子交换作用.由此可以看出，配位作用、静电引力 (1)MOF在水性环境中吸附去除污染物受多 以及离子交换作用是其发挥吸附能力的主要机 种因素影响，包括材料特性（中心金属的类型，表 制.以上不同的吸附机理实际上与MOF材料的结 面润湿性，孔径尺寸、表面电性、自身官能团种类 构特性以及官能团类型密切关系，因此可以通过 和数量等)，污染物本身的特性及水化学条件（离 在合成过程中对其进行特定调控来改变吸附机 子强度、竞争离子、温度、pH值等)等.通过研究 理，这对该材料在不同领域（例如污染物去除、高 揭示这些影响因素与材料吸附性能之间的关系可 选择性吸附分离以及痕量物质检测等)的应用亦 为MOF高效吸附剂的合理构建提供有力支撑 有非常重要的作用. (2)基于现有的成熟MOF材料（如ZIF、ML、 3结论与展望 UiO以及HKUST等)，开展官能化、表面修饰、孔 径调整以及与其他材料的复合研究，以制备具有 3.1结论 高效率、易分离、高容量及高选择性的复合吸附 (1)对于水中重金属的吸附去除，既可以采用 材料，并提高材料的可循环利用性，达到提高吸附 单一MOF材料（如ZIF-8、UiO-66、HKUST-1),也 性能的同时降低吸附成本的目标 可以通过合成后修饰或者与其他材料复合来制备 (3)针对MOF材料的缺陷结构进行深入研 更加高效并且具有选择性的重金属吸附剂；研究 究，进一步明确缺陷位点的构筑方式和缺陷形成 表明，很多情况下MOF材料具有比传统吸附材料 的机理，从而实现缺陷结构的可控构筑，在此基础 更加高效的重金属去除能力. 上开发出具有更高吸附效率的新型MOF材料 (2)对于MOF材料的改性或修饰，通常可以 (4)关于MOF材料吸附-解吸、循环利用方面 采用引入官能团，与其他材料复合，构筑缺陷结构 的研究仍然偏少，考虑到MOF材料较高的成本，通过对 MOF 材料吸附重金属离子特性进行 分析后可知，该类材料对大部分典型重金属都具 有非常高的吸附性能，甚至部分材料的吸附能力 远高于传统吸附材料. 由于 MOF 材料本身属于人 工合成材料，对其结构和官能团进行修饰的难度 要低于对传统材料的修饰，因此在提高其吸附能 力方面仍有非常大的潜力. 在吸附机理方面，通过 对比可以发现，MOF 材料对阳离子重金属的吸附 主要是基于配位作用、静电引力、螯合作用、阳离 子交换以及孔道截留（物理吸附），对阴离子重金 属的吸附主要是基于配位作用、静电引力和阴离 子交换作用. 由此可以看出，配位作用、静电引力 以及离子交换作用是其发挥吸附能力的主要机 制. 以上不同的吸附机理实际上与 MOF 材料的结 构特性以及官能团类型密切关系，因此可以通过 在合成过程中对其进行特定调控来改变吸附机 理，这对该材料在不同领域（例如污染物去除、高 选择性吸附分离以及痕量物质检测等）的应用亦 有非常重要的作用. 3    结论与展望 3.1    结论 （1）对于水中重金属的吸附去除，既可以采用 单一 MOF 材料（如 ZIF-8、UiO-66、HKUST-1），也 可以通过合成后修饰或者与其他材料复合来制备 更加高效并且具有选择性的重金属吸附剂；研究 表明，很多情况下 MOF 材料具有比传统吸附材料 更加高效的重金属去除能力. （2）对于 MOF 材料的改性或修饰，通常可以 采用引入官能团，与其他材料复合，构筑缺陷结构 以及在 MOF 材料合成过程中对结构演变进行诱 导或调控等措施来提高单一 MOF 材料的吸附性 能、结构稳定性、易回收性以及重复利用性等. （3）对于阳离子重金属而言，吸附机制主要包 括静电引力作用，表面官能团的配位/螯合作用，离 子交换作用，另外 MOF 材料中的孔道也对重金属 截留起了重要作用. MOF 材料对中性以及阴离子 重金属的吸附机理主要包括表面配合、阴离子交 换和静电引力作用等. 3.2    展望 基于对现有研究的分析，提出以下研究展望： （1）MOF 在水性环境中吸附去除污染物受多 种因素影响，包括材料特性（中心金属的类型，表 面润湿性，孔径尺寸、表面电性、自身官能团种类 和数量等），污染物本身的特性及水化学条件（离 子强度、竞争离子、温度、pH 值等）等. 通过研究 揭示这些影响因素与材料吸附性能之间的关系可 为 MOF 高效吸附剂的合理构建提供有力支撑. （2）基于现有的成熟 MOF 材料（如 ZIF、MIL、 UiO 以及 HKUST 等），开展官能化、表面修饰、孔 径调整以及与其他材料的复合研究，以制备具有 高效率、易分离、高容量及高选择性的复合吸附 材料，并提高材料的可循环利用性，达到提高吸附 性能的同时降低吸附成本的目标. （ 3）针对 MOF 材料的缺陷结构进行深入研 究，进一步明确缺陷位点的构筑方式和缺陷形成 的机理，从而实现缺陷结构的可控构筑，在此基础 上开发出具有更高吸附效率的新型 MOF 材料. （4）关于 MOF 材料吸附‒解吸、循环利用方面 的研究仍然偏少，考虑到 MOF 材料较高的成本， 表 2 不同 MOF 材料对阴离子态重金属的吸附性能及机理对比 Table 2 Comparison of adsorption performances and mechanisms of different MOFs for anion heavy metals Adsorbents Heavy metals Adsorption capacity/(mg·g−1) Adsorption mechanism References SCU-100 TcO4 - 541.00 Ion exchange [58] Zr6 -MOF Se(VI) 86.60 Ion exchange [60] 1-NO3 Cr(VI) 37.00 Ion exchange [61] ZJU-101 Cr(VI) 245.00 Electrostatic attraction，Ion exchange [62] MIL-100(Fe) As(V) 57.71 Coordination [67] UiO-66 As(III)/As(V) 10.00/40.00 Coordination [68] MIL-53(Fe) As(V) 21.27 Electrostatic attraction，Coordination [69] MIL-100(Fe) As(V) 110.00 Electrostatic attraction，Coordination [70] ZIF-8 As(III)/As(V) 49.49/60.03 Electrostatic attraction，Coordination [71] Fe3O4@ZIF-8 As(III) 100 Coordination [72] MnO2@ZIF-8 As(III) 140.27 Not reported [73] · 298 · 工程科学学报，第 42 卷，第 3 期