金屬有機(jī)骨架在水環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用

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摘要：金屬有機(jī)骨架(MOFs)以金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體之間通過配件進(jìn)行銜接，形成多孔網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)材料，具有較高的比表面積、空隙率以及非常豐富的可調(diào)節(jié)孔洞結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前水體環(huán)境的治理工作中受到了人們廣泛的關(guān)注，特別是針對水體中一些重金屬離子及有機(jī)污染物的治理，是我國環(huán)境治理工作中的重點(diǎn)內(nèi)容，基于此，本文通過對金屬有機(jī)骨架在水環(huán)境治理工作中的有效運(yùn)用進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：金屬有機(jī)骨架；水治理；重金屬離子；有機(jī)污染物

1金屬有機(jī)骨架MOFs的結(jié)構(gòu)特征

金屬有機(jī)骨架對目標(biāo)水體分子內(nèi)部的雜質(zhì)吸附性，主要取決于有機(jī)金屬骨架本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而有機(jī)基礎(chǔ)骨架在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上，主要是通過內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)排列所決定。

1.1金屬節(jié)點(diǎn)

金屬節(jié)點(diǎn)是金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，通過多孔網(wǎng)絡(luò)框架在結(jié)構(gòu)當(dāng)中形成相互交接的點(diǎn)位。通常情況下，選擇含有沒有充滿過渡金屬離子作為有機(jī)載體，在接受配體的電子配對過程及形成相應(yīng)的配件的過程當(dāng)中，配件總體數(shù)量不是完全固定。由此可以看出，在不同的配位結(jié)構(gòu)上所形成的框架結(jié)構(gòu)也各不相同，其中比較常見的框架結(jié)構(gòu)類型分為直線形、T型以及八邊形等。通過水體當(dāng)中的金屬離子或者是金屬有機(jī)框架所具有的催化功能特點(diǎn)，制備出帶有磁性的金屬有機(jī)骨架，可以選擇鎳鋅鐵銅等金屬離子來進(jìn)行制備，同時(shí)也可以選擇鉑等稀有離子來制取金屬有機(jī)骨架。當(dāng)前也有相關(guān)工作人員嘗試使用堿金屬材料作為金屬銜接的節(jié)點(diǎn)，提高金屬有機(jī)骨架的結(jié)構(gòu)功能。

1.2有機(jī)配體

有機(jī)配體在金屬有機(jī)骨架當(dāng)中有著非常重要的作用，主要是在金屬和金屬末節(jié)之間進(jìn)行銜接，帶有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的金屬離子配位，和基團(tuán)內(nèi)部的有機(jī)分子之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這種類型的配體類型比較復(fù)雜，其中含有了大量羧酸類和含甙類物質(zhì)。

1.3金屬有機(jī)骨架的孔結(jié)構(gòu)

金屬有機(jī)骨架的孔徑范圍可以進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，改變對氣體分子當(dāng)中的吸附效應(yīng)，從而有效提高了金屬有機(jī)骨架的氣體分離及選擇性水體環(huán)境治理工作的質(zhì)量。金屬有機(jī)骨架的孔徑可以通過對應(yīng)配體上的功能鍵來進(jìn)行改變，對有機(jī)基礎(chǔ)骨架的孔洞長度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，相關(guān)研究人員通過單晶體的形式建立起了一種有序的宏觀微孔材料，通過該材料的實(shí)驗(yàn)和分析，可以看出在材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布上，在規(guī)定的距離范圍內(nèi)設(shè)定80nm大小的孔洞，同時(shí)各個(gè)孔都相互之間連接的最大距離為270nm，這也是當(dāng)前我國首個(gè)微孔單晶材料的研制，該材料在使用過程當(dāng)中可以對大分子物質(zhì)進(jìn)行有效的吸附和處理。相關(guān)研究人員通過對金屬有機(jī)骨架上的苯環(huán)將其擴(kuò)大到3、4、5、6、11，在合成孔的直徑大小從1.4nm擴(kuò)大到了9.8nm金屬框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有互相穿透的功能，同時(shí)在空隙度和熱穩(wěn)定上比較優(yōu)良。通過使用一元羧酸的轉(zhuǎn)化方式，將金屬有機(jī)骨架分割成多級孔洞排列的形式，通過調(diào)節(jié)一元羧酸的反應(yīng)濃度以及環(huán)境溫度，可以有效控制產(chǎn)物的孔徑大小，從而得到特定表面積的材料，所得到的新型金屬有機(jī)骨架具有原材料的穩(wěn)定性，同時(shí)還具有更高的物理性能。

2金屬有機(jī)骨架在水環(huán)境治理方面的應(yīng)用

2.1水中重金屬治理

金屬有機(jī)骨架具有表面積更大以及孔隙率更高的特點(diǎn)，尤其是可調(diào)節(jié)的孔表面積的物理性質(zhì)，在對水體當(dāng)中的一些重金屬污染離子的吸附性和轉(zhuǎn)移能力非常明顯。通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究可以看出，金屬有機(jī)骨架在水體重金屬處理有著比較良好的去除效果，可以運(yùn)用在水環(huán)境的治理工作當(dāng)中。金屬有機(jī)骨架和磁性材料的有效結(jié)合，成為了當(dāng)前金屬有機(jī)骨架新型材料的制作方法。通過磁性材料氧化鐵納米顆粒和金屬有機(jī)骨架之間的有效結(jié)合，對水體環(huán)境當(dāng)中存在的大量鉛離子的吸附效果尤為明顯。隨著復(fù)合材料當(dāng)中重金屬離子含量的加大，對金屬離子的吸附效果也越來越高，主要原因是極性較強(qiáng)的溶劑當(dāng)中會含有大量濃度較高的金屬粒子，通過溶液當(dāng)中的金屬離子，比如鉛離子對金屬有機(jī)骨架的磁性材料之間進(jìn)行吸附，金屬有機(jī)骨架當(dāng)中的集團(tuán)對金屬的吸附等，主要針對鉛元素在和吸附進(jìn)行配對的過程當(dāng)中，材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，通過封閉的方式慢慢轉(zhuǎn)化成為開放的反應(yīng)方式，通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)對重金屬鉛的更好吸附效果。通過加入苯酸鐵絡(luò)合物可以得到一種全新的磁性金屬復(fù)合物，這種新型的復(fù)合物可以作為水體當(dāng)中金屬離子的萃取劑。因?yàn)閮?nèi)部高濃縮因子的存在，在特定的測試樣品當(dāng)中，和鉛離子等重金屬之間不會產(chǎn)生明顯的變化反應(yīng)，同時(shí)在對吸附力上PH值的大小和磁性材料的增加會尤為明顯，這種磁性金屬有機(jī)骨架，在處理吸附劑的聚集和分離的效果上比較明顯。

2.2對水體有機(jī)和有毒污染物的處理

在金屬有機(jī)骨架當(dāng)中引入不飽和金屬銜接點(diǎn)位和酸堿性基團(tuán)，在水體污染物和表面基團(tuán)之間會存在特殊的反應(yīng)和作用。通過調(diào)節(jié)金屬有機(jī)骨架表面的空隙大小，可以提高金屬有機(jī)骨架對有機(jī)污染物的吸附效果，有效提高了水體環(huán)境的整體質(zhì)量。在水環(huán)境的治理工作當(dāng)中，對水體環(huán)境當(dāng)中存在的有機(jī)毒性物質(zhì)進(jìn)行吸收，通過金屬有機(jī)骨架和NH2-MIL來進(jìn)行聯(lián)合分析，有效研究了它們在水體反應(yīng)過程當(dāng)中，苯酚和硝基苯酚對水體當(dāng)中有機(jī)毒性物質(zhì)的吸收能力，其中NH2-MIL對PNP有毒物質(zhì)表現(xiàn)出了良好的吸附效果以及更高的選擇吸附性能，通過該實(shí)驗(yàn)分析可以得出，NH2-MIL可以有效吸附掉PNP，并且在PNP的高吸附力作用下，對NH2-MIL當(dāng)中的安吉以及PNP分子和對應(yīng)的集團(tuán)之間形成連接的氫位鍵，將二氧化硅當(dāng)中所包裹的鐵離子和金屬有機(jī)物，通過反應(yīng)沉淀之后，形成一種全新帶有磁性強(qiáng)度的納米材料。金屬有機(jī)物和反應(yīng)溶液當(dāng)中的氧化鐵納米粒子之間組裝之后，在水體的吸附工作當(dāng)中具有了全新的功能和選擇性，主要表現(xiàn)在表面積的吸附能力更高，可以用作水體當(dāng)中氮元素和硫元素等物質(zhì)的吸收，同時(shí)也可以用于液相色譜定量檢測當(dāng)中的萃取劑。

3結(jié)束語

通過對上述研究內(nèi)容的分析，可以得出在金屬有機(jī)框架當(dāng)中引入不飽和金屬點(diǎn)位來進(jìn)行反應(yīng)銜接，其中堿性基團(tuán)和空隙大小的調(diào)節(jié)方法，對于水體污染處理有著重要的作用，可以提高金屬有機(jī)框架在吸附過程當(dāng)中的離子吸附效果和提高有害物質(zhì)的吸附率，這在水體中污染物較高的情況下有著良好的治理效果。

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作者：秦紹科 包天 單位：杭州伊美源檢測科技有限公司