绿色溶剂合成金属有机框架材料(MOFs)在水处理中的可持续应用研究

为解决传统MOFs合成中有机溶剂毒性大、污染重的问题，研究人员系统评述了生物源/绿色溶剂(ILs/DES/Cyrene/GVL/scCO2等)在2018-2025年间用于水处理MOFs合成的研究进展，揭示了这些溶剂在提升材料可持续性、降低环境风险方面的独特优势，为绿色化学在环境修复领域的应用提供了重要指导。

　　

随着工业农业快速发展，水体污染问题日益严峻。工业废水含有大量有机污染物（染料、药物、溶剂等）和无机污染物（重金属），80%未经处理直接排放。传统处理方法难以有效去除所有污染物，而金属有机框架(MOFs)因其超高比表面积(>10,000 m²/g)、可调孔隙和多功能性，在吸附、膜过滤和高级氧化工艺(AOPs)等水处理领域展现出巨大潜力。然而，MOFs传统合成依赖DMF、DEF等有毒易燃溶剂，不仅限制规模化生产，燃烧时还会产生有害NO_x。开发绿色可持续的MOFs合成方法成为实现其商业化应用的关键瓶颈。

研究人员在《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》发表综述，系统评估了2018-2025年间六类绿色溶剂（离子液体ILs、低共熔溶剂DES、生物基溶剂Cyrene/GVL、超临界CO₂、水及醇类）用于水处理MOFs合成的进展。通过文献计量分析筛选Science Direct等数据库的关键研究，重点探讨了溶剂特性与MOFs性能的构效关系。

关键技术包括：离子热法合成HKUST-1/ZIFs、DES调控UiO-66-NH₂形貌、scCO₂连续流反应器放大生产、水相种子诱导结晶等。研究特别关注了溶剂极性、热稳定性等参数对MOFs结晶度、比表面积和水稳定性的影响机制。

【2.1 离子液体(ILs)】
Fan等首次采用胆碱类ILs在水相中室温合成HKUST-1，产率达95.5%，空间时间产率高达242,512 kg m^-3 d^-1。所制ZrO₂@HKUST-1异质结通过π-π堆叠和氢键作用，对农药氯氟氰菊酯的吸附量达333 mg g^-1，可见光下降解率99.6%。Luo等利用PMIBr IL合成具有{Zn₄OBr₂}次级单元的阴离子MOF，可选择性吸附阳离子染料（孔雀石绿、罗丹明B）。

【2.2 低共熔溶剂(DES)】
Wei采用季铵盐/乳酸DES调控磁性UiO-66-NH₂，通过多重相互作用实现对药物（氧氟沙星97.60 mg g^-1）的选择性吸附。Li创新性使用ZnCl₂-尿素金属基DES，制备的ZIF-8-U-100对刚果红吸附量达2454 mg g^-1，选择性源于配体与染料的π-π相互作用和氢键网络。

【2.3 生物基溶剂Cyrene】
Katz团队首次用纤维素衍生物Cyrene合成五种典型MOFs（UiO-66、ZIF-8等），虽比表面积较DMF产物低，但避免了有毒溶剂使用。?krjanc发现Cyrene合成的ZIF-90经200°C热激活后可保持结晶度，为绿色后处理提供新思路。

【2.5 超临界CO₂(scCO₂)】
Marrett意外发现ZnO在纯scCO₂中5分钟即可转化为ZIF-8，放大生产100 g批次验证了工业化潜力。Rasmussen设计scCO₂/DMF连续流反应器，UiO-66产率达104 g h^-1，溶剂浪费减少83%。

【2.6 水基溶剂】
An等开发晶种辅助法，在纯水中室温合成11种羧酸类MOFs（UiO-66、MIL-101等），避免多晶杂质。El Asmar用水热法制备的MIL-88A(Fe)六方棒状晶体，通过Fe³⁺/PS体系降解萘普生，反应化学计量效率达34%。

该研究证实绿色溶剂可显著提升MOFs合成的可持续性：ILs和DES能精确调控材料结构；scCO₂技术实现高效放大生产；水相合成大幅降低成本。特别值得注意的是，这些绿色溶剂制备的MOFs在水处理中表现出卓越性能，如DES-MUiO-66-NH₂对PPCPs的协同吸附、ZrO₂@HKUST-1的可见光催化活性等。研究为突破MOFs商业化面临的"死亡之谷"提供了关键技术路径，包括溶剂选择、前驱体优化、成型加工等全链条解决方案。未来需加强绿色溶剂的生态毒性评估，并通过技术经济分析(TEA)验证规模化可行性，最终推动MOFs在环境修复领域的实际应用。