金属有机框架材料 (MOFs) 的可回收利用性增强策略：混合基质膜和 3D 打印器件

金属有机框架 (MOFs) 在吸附分离、气体储存、催化、生物医学、传感等领域有着广泛的应用。然而，大部分 MOF 合成仍然需要使用能耗较大的水热、溶剂热等方法，且 MOF 作为固体粉末，吸附后的材料回收困难，可重复利用性差。因此，在 MOF 商业化的道路上，优化合成和制备可回收利用的器件是必要的。传统的成型工艺如造粒和压片会降低 MOF 材料的功能性，因此制备 MOF 复合材料是提高经济效益的必经之路。本文探究了制备 MOF 混合基质膜和制备 3D 打印 MOF 器件两种方法，以提高 MOF 的回收利用率和经济效益。 具体工作如下： (一) 首先，我们通过对溶剂的调控实现了一对超分子异构体 [CdL(H2O)]·Phenol·2H2O (1)，[CdL(H2O)]·3H2O (2)，[H2L=H2(Me-4py-trz-ia )=5-(3-甲基-5-吡啶-1,2,4-三氮唑)间苯二甲酸] 的常温快速大量合成，并研究了它们在含酚废水和模拟燃油中吸附苯酚的行为。实验结果显示，配合物 1 在含酚废水中的最大吸附量为 126 mg/g，而配合物 2 无吸附作用；在模拟燃油中，配合物 1 对苯酚的最大吸附量为 215 mg/g，而配合物 2 的最大吸附量为 193 mg/g。通过比较这两种配合物的吸附行为，我们证实了这两个超分子异构体存在吸附性能差异，即配合物 1 优于配合物 2。因此，我们将配合物 1 作为无机填料制备了吸附型混合基质膜，并探究了不同含量的填料对膜性能的影响。结果显示，在含酚废水中，膜对苯酚的截留率可达 83%，在含酚模拟燃油中可达 99%。 (二) 其次，MAF-4 (ZIF-8) 因其高度结晶化、高化学稳定、合成简单、孔径分布均匀、吸附性能优异被广泛用于分离、催化、传感等领域，成为 MOF 研究的经典代表之一。为了进一步探究 MAF-4 的应用，我们将其与海藻酸钠和明胶混合，制备了一种具有良好流变性能的凝胶，并通过调整 3D 打印参数，用直接墨水书写法成功制备出了 3D 打印 MAF-4 单片。进一步对所得到的 3D 打印 MAF-4 进行 SEM、XRD、77 K 氮气吸附脱附测试、TGA 等表征后，我们证实了 MAF-4 的负载成功。该吸附剂不仅可以应用于染料的吸附，而且还能够稳定再生以及再利用至少 5 次。实验结果显示，33.3 wt% 负载量的 MAF-4 对刚果红染料的清除率可达到 90% 以上。这表明，3D 打印 MAF-4 具有良好的应用前景，并且可以通过调节其负载量实现对污染物的高效吸附。