综述：铁基金属有机骨架材料的简易合成及其对重金属(类)吸附去除的增强作用：机理与应用前景

这篇综述系统总结了铁基MOFs（Fe-MOFs）在重金属（HMs）废水处理中的最新进展，重点探讨了其可编程孔结构、超高比表面积和丰富配位位点的特性，以及通过溶剂热、微波、电化学和机械化学等合成方法优化材料性能的策略。文章深入分析了pH、共存离子等因素对吸附的影响机制，并评估了Fe-MOFs对砷（As）、铬（Cr）、铅（Pb）、镉（Cd）和锑（Sb）等关键污染物的去除效能（如As(V)吸附量>500 mg/g），为绿色可持续水处理技术提供了理论支撑。

　　

铁基MOFs的合成方法

Fe-MOFs的合成策略包括溶剂热/水热法、微波合成、电化学合成和机械化学法。溶剂热法可制备高结晶度材料（如MIL-100(Fe)），但能耗较高；微波法能在5-60分钟内快速合成小尺寸高纯度材料（如MIL-53(Fe)），而机械化学法通过球磨实现绿色制备（如FeBTC MOF）。关键参数如温度（84-414 nm晶粒调控）、溶剂类型（氟化溶剂增强稳定性）和金属/配体比例（La/Fe比0.5:1时比表面积提升30%）显著影响材料性能。

影响吸附的关键因素

溶液pH主导吸附过程：酸性条件下（pH<5），Fe-MOFs表面质子化促进阴离子污染物（如Cr₂O₇^2-）的静电吸附，Fe²⁺位点触发Cr(VI)还原为Cr(III)；中性-碱性环境中，羟基化作用导致Pb(OH)₂沉淀。共存离子如Ca²⁺通过电荷屏蔽效应使Pb²⁺去除率从90%降至5%，而PO₄^3-与As(V)竞争配位位点。温度升高（298→318 K）可提升La³⁺吸附率30%，但超过80℃可能引发骨架坍塌。

重金属去除效能与机制

砷（As）：NH₂-MIL-101(Fe)通过Fe-O-As配位实现153.4 mg/g吸附量，MnFe₂O₄-MIL-53(Fe)复合物同步氧化As(III)并吸附As(V)，容量达402 mg/g。铬（Cr）：Fe_0.72⁽⁰⁾Fe_2.28^(II)C通过Fe⁰/Fe²⁺氧化还原将Cr(VI)转化为低毒Cr(III)，最大吸附量354.6 mg/g。铅（Pb）：Fe-MIL-101-TEPA@CA的氨基/羧基协同作用使吸附量达558.6 mg/g，符合美国EPA饮用水标准（15 μg/L）。镉（Cd）：nFe₃O₄@MIL-88A/APTMS通过静电-配位双重作用实现693 mg/g吸附量，5次循环后效率保持94%。锑（Sb）：Zr_0.8Fe_0.2-MOF-808的Fe-O-Zr位点对Sb(V)/Sb(III)吸附量分别达526.3 mg/g和343.6 mg/g。

吸附机理的多维解析

Fe-MOFs通过四种机制协同作用：1）静电吸引（pH依赖的Zeta电位调控）；2）配位键合（FT-IR证实Fe-O-As键形成）；3）氧化还原（Fe²⁺还原Cr(VI)）；4）沉淀（如Cd²⁺生成CdCO₃）。DFT计算显示FeS_x@MOF-808中As-S键的键能达-2.34 eV，证实化学吸附主导。

未来挑战与方向

当前瓶颈包括：1）实际水体中长周期稳定性数据不足（<6个月）；2）多污染物竞争吸附机制不明；3）规模化生产成本较高。突破路径需结合人工智能优化合成参数，开发pH响应型智能材料，并通过原位表征（如LIBS）揭示界面动力学。生命周期评估（LCA）显示，微波合成法的能耗比传统方法降低60%，为工程化提供绿色解决方案。