MOF功能化气凝胶的结构-界面协同工程：高效光催化还原Cr(VI)的创新策略

针对工业废水中高毒性Cr(VI)污染治理难题，天津工业大学团队通过结构-界面协同工程策略，开发出兼具超高MOF负载量(76.77 wt%)和机械稳定性(29 kPa@70%压缩)的MOF-纳米纤维素气凝胶光催化剂，在80分钟内实现Cr(VI)完全还原且循环稳定性>94%，为重金属污染治理提供了新型材料设计范式。

　　

工业废水中的六价铬（Cr(VI)）因其强致癌性和高环境迁移性，已成为全球性环境治理难题。传统粉末状金属有机框架（MOF）光催化剂虽能有效还原Cr(VI)为低毒性的三价铬（Cr(III)），但存在回收困难、易造成二次污染等瓶颈问题。如何兼顾催化效率与材料实用性，成为当前环境催化领域的重要挑战。

天津工业大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新性研究，提出"结构-界面协同工程"策略，通过构建三维纤维网络框架与精准调控MOF-纳米纤维素界面，成功研制出新型MOF功能化气凝胶（MOFA）光催化剂。该材料突破性地实现了76.77 wt%的MOF负载量，在29 kPa压缩应力下保持结构完整，经100次循环后仅产生6.7%永久形变。户外实验表明，该催化剂对制革等高盐废水中的Cr(VI)具有100%去除效率（80分钟），且5次循环后效率保持率超过94%。

关键技术方法包括：1）采用商业lyocell纤维与针叶浆板构建三维纤维网络基底；2）通过1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）交联增强机械强度；3）精确调控Zr基MOF（UiO-66-NH₂）在纤维素纳米纤维界面的结晶行为；4）通过光电化学测试（2.87 μA/cm²光电流密度）评价催化活性。

主要研究结果：

1. MOFA光催化剂的设计与构建：通过整合纤维网络骨架设计与MOF-纤维素界面工程，建立分级配位效应，实现MOF晶体尺寸（~200 nm）和空间分布的精确控制。
2. 材料特性表征：X射线光电子能谱证实界面Zr-O-C键的形成，BET测试显示MOFA具有分级孔隙结构（孔径2-50 nm），为Cr(VI)吸附提供丰富活性位点。
3. 光催化性能：在模拟太阳光下，MOFA对50 mg/L Cr(VI)溶液的吸附率达67%，80分钟内完成完全还原，速率常数（0.034 min^-1）较粉末MOF提升2.1倍。
4. 实际应用验证：处理含3.5 wt% NaCl的制革废水时，MOFA仍保持92.4%的Cr(VI)去除率，且机械强度不受高盐环境影响。

该研究创新性地将结构力学设计与界面化学调控相结合，解决了MOF材料实用化过程中的关键科学问题。所开发的ISIE策略为功能性多孔材料设计提供了新思路，在工业废水深度处理领域具有重要应用前景。研究获得国家自然科学基金（52273059、52473219）和天津市科技计划（22JCYBJC01030）支持，相关技术已申请中国发明专利保护。