功能化锆基MOF@PVA复合微球的可调控设计及其对挥发性有机物的选择性吸附研究

为解决工业VOCs（挥发性有机物）污染治理难题，研究人员通过功能化调控锆基金属有机框架（Zr-MOFs）与聚乙烯醇（PVA）复合，开发出高稳定性、可重复使用的Zr-MOFs@PVA吸附微球。研究发现，UiO-66-NH2 对极性VOCs（如丙酮、异丙醇）具有高选择性吸附，而缺陷型UiO-66对非极性甲苯吸附容量达314.45 mg/g。该材料在10次循环后仍保持结晶稳定性，为工业废气处理提供了高效环保的新策略。

　　

挥发性有机物（VOCs）是工业生产中难以避免的污染物，其毒性、致癌性及低沸点特性对生态环境和人体健康构成严重威胁。传统吸附材料如活性炭（AC）和沸石存在选择性差、再生困难等问题，而金属有机框架（MOF）虽具有高比表面积和可调控孔道，但粉末形态制约其实际应用。如何开发兼具高吸附性能、机械稳定性和工业适用性的VOCs吸附剂，成为环境材料领域的重要挑战。

针对这一难题，高雄医学大学和台湾科技部资助的研究团队在《Microporous and Mesoporous Materials》发表研究，系统评估了五种功能化锆基MOF（包括UiO-66、UiO-66-NH₂
、UiO-66-NO₂
等）及其PVA复合微球对极性、非极性和酸性VOCs的吸附性能。研究采用冷冻造粒法将MOF粉末与PVA结合，通过X射线衍射（PXRD）和氮气吸附脱附等技术表征材料结构，并开展动态低浓度吸附实验和循环稳定性测试。

材料表征与性能优化
PXRD证实UiO-66@PVA微球完美保留了MOF的晶体结构。比表面积分析显示，缺陷型UiO-66具有高达1100 m²
/g的比表面积，而PVA的引入通过协同调控表面性质与孔环境，使复合微球对多数VOCs的吸附容量显著超越商业AC和沸石。

选择性吸附机制
功能化MOF展现出鲜明的VOCs选择性：UiO-66-NH₂
因暴露的-NH₂
基团与丙酮、异丙醇（IPA）形成强极性相互作用，吸附量提升40%；而高缺陷UiO-66凭借丰富的介孔和疏水表面，对甲苯的吸附容量达314.45 mg/g，归因于π-π堆积和缺陷位点捕获效应。

工业适用性验证
动态吸附实验表明，UiO-66@PVA在低浓度（50 ppm）甲苯气流中仍保持优异性能。经过10次吸附-脱附循环后，材料结晶度和吸附效率无衰减，且PVA的耐高温性（分解温度278°C）保障了热再生过程的稳定性。

该研究创新性地通过MOF功能化设计与聚合物复合工艺的结合，解决了粉末MOF难以工业化应用的瓶颈问题。Zr-MOFs@PVA微球不仅实现了对复杂VOCs混合物的定向吸附，其毫米级形态更可直接用于固定床反应器，为工业废气治理提供了兼具高效性、经济性和可持续性的解决方案。研究结果对推动MOF材料在环境工程领域的实际应用具有里程碑意义，尤其为半导体、制药等高风险行业的VOCs排放控制提供了新技术路径。