ZIF-8改性刨花板协同调控甲醛与VOCs释放及材料性能增强研究

针对木质复合材料释放甲醛和挥发性有机物(VOCs)导致的室内空气污染问题，研究人员通过将沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)整合至刨花板，利用其分级孔隙结构和Zn2+介导的捕获位点，实现了对甲醛、BTEX等污染物的高效吸附（伪二级动力学），同时保持家具级力学性能，为绿色建材开发提供新策略。

　　

随着室内空气质量恶化成为全球性健康威胁，木质复合材料释放的甲醛和挥发性有机化合物(VOCs)治理迫在眉睫。其中，刨花板等制品释放的苯系物(BTEX)和甲醛被证实与多种呼吸系统疾病、癌症风险相关。传统吸附材料如活性炭存在吸附容量有限、选择性差等问题，而金属有机框架(MOFs)因其可调控的孔隙结构和表面化学特性，成为污染控制的新兴材料。

针对这一挑战，东北林业大学的研究团队创新性地将沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8整合到刨花板制造工艺中，系统研究了其对污染物吸附性能和材料力学特性的影响。研究发现，ZIF-8的菱形十二面体晶体结构形成的分级孔隙（微孔-介孔协同）可物理截留不同分子尺寸的污染物，其咪唑配体通过π-π堆叠作用特异性吸附苯系物，而Zn²⁺位点则与甲醛发生化学结合。这种"双机制"吸附使复合材料在6次循环后仍保持90%以上性能，总VOCs减排率达76.8%，苯系物浓度降至ppb级。相关成果发表于《Process Safety and Environmental Protection》，为开发兼具环境效益和商业可行性的功能型建材提供了重要参考。

关键技术方法包括：ZIF-8的水相合成与表征（SEM/XRD）、复合板材热压成型工艺、气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析VOCs组分、伪二级动力学模型拟合吸附过程，以及依据国家标准GB/T 17657-2013测试板材的静曲强度、内结合强度和厚度膨胀率等力学指标。

【材料特性】
SEM和XRD证实成功合成具有典型菱形十二面体形貌的ZIF-8晶体，比表面积达1630 m²/g。氮吸附测试显示其微孔（1.2 nm）和介孔（3.8 nm）分级分布，为不同分子尺寸的VOCs提供差异化扩散路径。

【排放控制】
28天加速释放测试显示，含5wt% ZIF-8的板材使甲醛释放量降低62%，总VOCs减少76.8%。BTEX中苯的减排效果最显著（89%），遵循分子尺寸依赖性吸附规律，证实介孔对二甲苯的截留作用强于微孔对苯的吸附。

【力学性能】
尽管Zn²⁺催化尿素树脂水解导致内结合强度下降18%，但23.5 MPa的静曲强度仍超过GB/T 4897-2015家具用板标准（≥15 MPa）。厚度膨胀率（8.7%）略高于普通板材，但通过优化热压参数可改善。

【吸附机制】
动力学分析表明污染物吸附符合颗粒内扩散控制的伪二级模型，初始吸附速率常数k₂达4.7×10^-3 g/(mg·min)。FTIR证实Zn²⁺与甲醛的配位作用，而分子模拟显示咪唑环与甲苯的π-π相互作用能达-28.6 kJ/mol。

该研究创新性地实现了MOFs材料在木质复合材料中的工程化应用，突破传统吸附材料难以兼顾高效捕获与力学性能的瓶颈。ZIF-8的疏水孔道设计有效解决了高湿度环境下MOFs稳定性差的行业难题，其可循环特性更符合绿色制造理念。研究为发展"自净化"功能性建材提供理论基础，对推动家居行业低碳转型具有重要意义，未来可通过Zn²⁺位点改性进一步提升对特定污染物的靶向吸附能力。