综述：绿色可持续金属有机框架（MOFs）在废水处理中的应用

这篇综述系统阐述了绿色可持续金属有机框架（MOFs）在废水处理中的光催化应用，重点探讨了以生物基配体、环保金属（如Fe、Al）和绿色溶剂（水、离子液体、超临界CO2 ）为核心的合成策略，揭示了MILs、UiOs和ZIFs等稳定结构对有机污染物（如染料、抗生素）的高效降解机制，为环境修复提供了兼具高效性与可持续性的解决方案。

　　

绿色可持续金属有机框架（MOFs）在废水处理中的应用

1. 引言

水资源污染问题日益严峻，传统处理方法如吸附和膜分离存在效率低、成本高等局限。金属有机框架（MOFs）因其可调控的孔隙结构、高比表面积和半导体特性，成为光催化降解有机污染物的理想材料。然而，传统MOFs合成依赖有毒溶剂（如DMF）和贵金属，推动绿色MOFs的发展成为研究热点。

2. 可持续MOF合成前体

2.1 可持续金属源
铁（Fe）、镁（Mg）、铝（Al）等非毒性金属替代铅（Pb）、镉（Cd），降低环境风险。例如Fe-MIL系列在废水处理中表现优异，成本仅为传统催化剂的1/5。
2.2 绿色有机配体
生物分子如氨基酸、核苷酸作为配体，赋予MOFs生物相容性。但不对称结构可能导致孔隙率下降，需优化合成条件。
2.3 生物衍生溶剂
超临界CO₂
替代DMF，减少溶剂残留；离子液体（如[Bmim][PF₆
]）实现室温快速合成，反应时间缩短至30分钟。
2.4 废弃物衍生MOFs
废旧电池（Zn²⁺
回收）和PET塑料（转化为对苯二甲酸）作为原料，合成的MOF-5比表面积达995 m²
/g，实现资源循环利用。

3. 绿色合成策略

3.1 溶剂热法
水热法合成的Sn(II)-TMA MOF在pH=7时10天内稳定性达98.1%，优于有机溶剂体系。
3.2 机械化学法
无溶剂研磨30分钟制备ZIF-8，粒径控制在25 μm，CO₂
吸附量提升20%。
3.3 微波辅助法
160°C下45分钟合成Al-MIL-68-Mes，孔径6 ?，降解甲基橙效率达99.4%。
3.4 超声法
Zn-腺嘌呤MOF在40 kHz超声下15分钟成型，比传统方法快96倍。

4. 光降解有机污染物

MOF-545/Ag₃
PO₄
在3分钟内完全降解土霉素，速率是单一材料的13倍；Fe-MIL-100通过Fenton反应产生·OH自由基，对罗丹明B的降解率达79%。关键机制包括：

• 配体-簇电荷转移（LCCT）激发电子-空穴对
• 超氧自由基（·O₂
  ^?
  ）攻击污染物苯环
• 窄带隙（如NH₂
  -MIL-125(Ti) 2.6 eV）实现可见光响应

5. 挑战与展望

当前瓶颈在于水稳定性（仅20% MOFs耐受pH>10）和规模化成本（比活性炭高3-5倍）。未来需开发混合配体（如卟啉-氨基酸共价MOFs）和半导体耦合（如TiO₂
@UiO-66）策略，同时建立废弃物MOF的再生标准。

6. 结论

绿色MOFs通过“合成-结构-性能”精准调控，在废水处理中展现出替代传统材料的潜力，但其工业化仍需解决寿命（现<5次循环）与毒理学评估等关键问题。

7. 未来方向

重点包括：开发辐射稳定性MOFs（用于核废水）、人工智能辅助配体设计、以及全生命周期评估（LCA）体系的建立，推动材料从实验室走向实际应用。

（注：全文数据均引自原文案例，未添加外部引用）