综述：MOFs基气凝胶及其衍生物在水处理中的应用研究

（编辑推荐）本综述系统探讨了金属有机框架（MOFs）与气凝胶复合材料的协同优势：通过构建三维多孔网络结构（MOFACs），有效解决MOFs粉末易团聚、难回收的问题，兼具高比表面积（>90%孔隙率）和催化/吸附效能，为水处理中重金属（Pb2+/Cd2+）和有机污染物去除提供创新解决方案。

　　

Abstract
金属有机框架（MOFs）是由金属离子与有机配体通过配位键构成的纳米多孔材料，凭借超高比表面积（如UiO-66孔隙率达90%）和可调控孔道结构，在吸附、催化等领域展现出巨大潜力。然而MOFs粉末形态易团聚、难分离的缺陷制约其实际应用。气凝胶以其三维贯通孔道和轻质特性成为MOFs的理想载体，两者复合形成的MOF气凝胶复合材料（MOFACs）通过高温热解还可转化为高机械强度的碳气凝胶，兼具MOFs的高效催化性与气凝胶的易操作性。

Introduction
全球水污染治理面临严峻挑战，传统纳米材料如碳纳米管和石墨烯虽有效但存在局限性。MOFs对Pb²⁺、Cd²⁺等重金属及染料/药物类有机物的特异性吸附能力突出，但纳米级微晶易导致管道堵塞和二次污染。将MOFs与气凝胶结合可显著提升材料稳定性——例如ZIF-8@纤维素气凝胶对Pb²⁺的吸附容量提升40%，且循环使用5次后效率仍保持90%以上。

Synthetic Routes
MOFACs的制备主要采用直接混合与原位生长两种策略：

• 直接混合法通过物理浸渍将MOFs分散于气凝胶基质，操作简便但负载量受限；
• 原位生长法则在气凝胶骨架上定向结晶MOFs，可实现单分散负载（如MIL-100(Fe)@石墨烯气凝胶的比表面积达1200 m²/g）。

Variety of MOF aerogels
目前主流MOFACs包括四类：

1. MOF-纤维素气凝胶：生物可降解性优异，适用于柔性过滤膜；
2. MOF-石墨烯气凝胶：导电性突出，可用于电催化降解有机污染物；
3. MOF-硅基气凝胶：耐高温性能好（稳定至800°C）；
4. 碳化MOFACs：热解后形成分级孔碳材料，对四环素的吸附动力学符合准二级模型（R²>0.99）。

Adsorption
MOFACs通过多种机制协同净化水质：

• 静电作用：NH₂-UiO-66气凝胶在pH=5时对Cr(VI)的去除率达98%；
• π-π堆积：ZIF-67@碳气凝胶对亚甲基蓝的饱和吸附量达1200 mg/g；
• 配位螯合：MIL-101(Fe)气凝胶对As³⁺的吸附能在10分钟内达到平衡。

Conclusion and outlooks
未来研究需突破三大方向：

1. 开发低成本、可规模化的连续制备工艺；
2. 探究MOFACs在复杂水体环境中的长期稳定性；
3. 建立材料结构与污染物去除效率的构效关系模型。MOFACs作为环境功能材料的"设计工具箱"，将持续推动水处理技术的革新。