壳聚糖-MOF复合材料在染料污染修复中的应用潜力：环境可持续性吸附技术新进展

本文系统评述了壳聚糖(Chitosan)与金属有机框架(MOF)复合材料在染料废水处理中的吸附机制与应用前景，通过分析ZIF/UIO-66/MIL/HKUST等MOF结构及其杂化形式（如MOF-膜/凝胶）的合成策略、反应机理和再生性能，为解决染料污染物难降解、高毒性问题提供了经济高效的解决方案，为开发可规模化环境修复技术奠定理论基础。

　　

随着全球工业化的加速，合成染料对水体的污染已成为威胁生态安全和人类健康的严峻挑战。纺织、皮革等行业排放的染料废水具有高色度、难降解和生物累积性特征，传统处理方法如反渗透(RO)、电渗析等存在成本高、二次污染等问题。印度理工学院古瓦哈提分校的研究团队在《Sustainable Chemistry and Pharmacy》发表综述，首次系统整合壳聚糖(Chitosan)与金属有机框架(MOF)复合材料的三大研究维度：结构设计、反应机制和再生性能，为开发可持续吸附技术提供全新思路。

研究采用文献计量学方法（VOSviewer软件）分析2015-2024年间1269篇文献，聚焦壳聚糖-MOF复合材料的制备与优化技术。通过对比ZIF（沸石咪唑酯骨架）、UIO-66（锆基MOF）、MIL（材料研究所系列）和HKUST（香港科技大学系列）等结构的特性，评估其杂化形式（如MOF-膜、MOF-凝胶）对阴/阳离子染料的捕获效率。实验数据表明，EDTA修饰的壳聚糖-MOF复合材料通过卡巴二亚胺介导的耦合反应（反应条件：pH 6磷酸缓冲液，25°C，24小时）可实现99.99%的染料去除率，且再生5次后仍保持80%以上活性。

壳聚糖与MOF的协同效应
壳聚糖的氨基(-NH₂)和羟基(-OH)与MOF的金属节点（如Zr⁴⁺、Cu²⁺）形成配位键，使复合材料比表面积提升至1200 m²/g以上。UIO-66-chitosan对甲基橙的吸附量达918 mg/g，优于传统活性炭3倍。

环境行为分析
降解实验显示，MOF骨架在自然环境中会逐步释放金属离子，但壳聚糖的生物降解性（半衰期约6个月）可降低生态风险。电镜(SEM)证实复合材料表面形成多级孔隙结构，孔径分布集中在2-50 nm。

技术经济性突破
相比膜分离技术，吸附法操作成本降低60%。日本市场数据表明，壳聚糖基材料价格已从2015年的35美元/kg降至2024年的18美元/kg，具备工业化潜力。

该研究论证了壳聚糖-MOF复合材料在实现SDG6（清洁饮水）目标中的关键作用，提出未来应优化生物基修饰策略（如纤维素-MOF杂化）以平衡效率与可持续性。作者Prabhat Kumar Patel强调，这项技术有望在2030年前将纺织业废水处理能耗降低40%，为全球水安全提供创新解决方案。