MOFs功能材料用于水体中微/纳米塑料的去除
MOFs功能材料用于水体中微/纳米塑料的去除
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以下文章来源于MOFs帮助环境 ，作者张紫晨
推送MOFs基环境功能材料在环境污染控制领域的研究进展。
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言
2023年02月，Chinese Chemical Letters (中科院一区，2022年影响因子8.455)在线发表了北京建筑大学王崇臣教授团队题为“MOFs-based Functional Materials for Aqueous Micro/Nanoplastics Elimination”的亮点文章。论文第一作者及通讯作者为北京建筑大学王崇臣教授，共同作者为硕士生张紫晨和博士生衣晓虹。
标题论文截图
图文摘要
文章概述
近年来，由于人们对塑料产品的滥用及管理不当，越来越多的微纳米塑料(MPs/NPs)被释放到水体环境中。这些微纳米塑料与环境中的毒性物质或重金属相互作用产生协同毒性，威胁生态平衡及人类健康。因此如何去除水体微纳米塑料成为人们争论的热点。当前，捕获（如吸附和过滤）和转化（通过化学或生物技术转化为增值化学产品）是去除水体中微纳米塑料的两条主要路径。其中，吸附被认为是去除微纳米塑料最有效的方法，微纳米塑料与吸附剂之间可能形成静电吸引、氢键相互作用、π-π堆叠相互作用、疏水相互作用、络合作用以及物理粘附，因此先择具有强亲和力的吸附剂是可行之策。
金属有机骨架（MOFs）通过不同的相互作用机制对吸附去除水体中的污染物均表现出良好的性能。MOFs及其复合材料在可见光/紫外光下也表现出优异的光催化活性，并且可用于将MPs或NPs转化为一些增值或环境友好的产物。Wan等用ZIF-67对聚苯乙烯微塑料(SP MPs)进行吸附，通过对吸附前后的扫描电镜分析以及荧光追踪，证明是ZIF-67与SP MPs之间的相互作用力使得水环境中的微塑料得以去除。
为改进MOF对粉体材料的吸附容量，将ZIF-8进行固定化处理形成ZIF-8@木制气凝胶复合材料并搭建连续运行装置模拟实际微塑料悬浮水体，这一方法将微塑料的去除率提高到85%以上。这些研究表明，利用MOFs或MOFs及其复合物与实际水体的连续运行相结合去除水体中的MPs/NPs的方法行之有效。
另外由于MOFs在形貌与成分上易于调控，对携带不同官能团的同种MOF与MPs/NPs之间相互作用机制的探究应运而生。Chen等将带不同官能团的锆基MOF(UiO-66)与三聚氰胺海绵(MF)复合，对不同尺寸和种类的微塑料进行去除(Fig. 1a)。其中UiO-66-OH具有较高的Zeta电位，使得复合物UiO-66-OH@MF-3与不同尺寸微塑料之间有较强的相互作用力，如静电作用、疏水作用、氢键、范德华力等。另外，MF的多孔结构，加快了微塑料的传质速率，提高了微塑料的去除效率。UiO-66-OH@MF-3可以适应不同性质水体环境且保持稳定，在太阳能电池板提供能源的自动过滤装置的模拟海水中依旧去除良好。
除吸附去除外，基于MOFs的光催化反应对微塑料的去除提供了新思路。Qin等通过在Ag 2 O与Fe-MOF之间构建Ⅱ型异质结，制备出具有缺陷的Ag 2 O/Fe-MO光催化剂(Fig. 1b)。该催化剂在可见光条件下激发产生电子空穴并迁移，与此同时促进相应活性氧物质的生成，将微塑料转化为增值化学产物(乙酸)和产氢，这项工作不但去除了水体中的微塑料，并且将其资源化为化学增值产物。
以上研究均表明，MOFs或MOFs及其复合物无论是在吸附去除水体中的MPs/NPs，还是在实际水体中连续运行，亦或在资源化的应用中，均体现出去除效率高、稳定性强、循环利用性好等优势，MOFs材料是去除水体中不同尺寸的微塑料的优异候选材料。
Fig. 1. (a) The adsorptive interactions between MOFs and microplastics. (b) The photocatalytic microplastics conversion mechanism over the Ag 2 O/Fe-MOF photocatalyst.
总结与展望
当前，MOFs材料用于去除水体中微纳米塑料的相关研究还处于前沿阶段。MOFs属于有机-无机杂化材料，在成分、结构及形态上易被调节修饰而在水污染控制领域具有巨大的潜力。其中，MOFs材料的特殊优势，如有超大的比表面积、对微纳米塑料的选择性等不容忽视。MOFs材料对目标微塑料的吸附不仅具有强相互作力，包括但不限于静电作用、氢键相互作用、范德华力等，而且将吸附与高级氧化相结合，协同去除水体中微纳米塑料的应用手段也不容小觑。另外，如何将MOFs用于大规模实际污水处理设备设施（如环境因素及相关设备参数）去除微纳米塑料，也是实现可持续利用及循环经济的重要环节。
致谢
本研究成果得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金的支持
作者介绍
王崇臣，男，博士，北京建筑大学教授、博士生导师。建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室主任，Environmental Functional Materials、Chinese Chemical Letters、工业水处理、Chinese Journal of Structural Chemistry、环境化学、北京建筑大学学报等期刊副主编、编委。中国材料研究学会理事/副秘书长、中国环境科学学会水处理与回用专业委员会委员、中国感光学会光催化委员会委员、北京环境科学学会科技创新分会常务副主委、北京化学会青少年科普委员会副主任。入选北京市百千万人才、北京市高创计划百千万领军人才和长城学者。获得北京市高等学校青年教学名师奖。主要研究领域为环境修复材料与技术、水文化。主持国家自然科学基金面上项目、北京自然科学基金重点（B类）/面上项目、北京社科基金重点项目等纵向项目10余项。入选Clarivate全球高被引学者（2022）。
通讯邮箱：wangchongchen@bucea.edu.cn
张紫晨，女，北京建筑大学环境工程专业2021级硕士研究生，主要从事金属有机骨架材料及衍生物/复合物的设计与可控制备及环境应用研究， 目前以第一作者身份在Separation and Purification Technology (中科院一区，2022年影响因子9.136)发表SCI论文1篇 ，以其他作者身份发表SCI论文3篇。
文献信息
Chong-Chen Wang, Zi-Chen Zhang, Xiao-Hong Yi, MOFs-based functional materials for aqueous micro/nanoplastics elimination, Chin. Chem. Lett., (2023) 108182.
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1001841723000542
王崇臣教授课题组网站链接
http://nmter.bucea.edu.cn
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