金属有机框架化合物（MOFs）是一类通过金属离子和有机配体形成的多孔配位聚合物材料。MOFs具有高比表面积、结构可调性、规律的纳米级孔道，在气体分离、捕捉和储存、催化剂、冷光、污水处理等方面具有优良的应用前景。近年来，利用Zr基MOFs捕捉和去除碘表现出高吸附能力和化学稳定性，尤其是含有NH₂的Zr基MOFs。但MOFs的粉末状态使其难以分离回收，且易阻塞传输孔道，限制了其实际应用，需要寻找合适的多孔性基体负载MOFs。

　　木材是一种丰富的可再生天然材料，具有三维层状孔隙结构、优越的机械强度、较低的密度，可作为负载MOFs的理想多孔性基体。木材有序排列的孔道和层状结构有利于离子的直接传输，缓解金属簇和有机配体的传质阻力。而木材纤维表面丰富的羟基可作为金属簇或金属离子静电吸附作用的结合位点，有助于MOFs的固定和分布。但天然木材比表面积和孔隙率较低，导致MOFs负载量较低，从而降低吸附能力。

木材衍生的纤维素气凝胶原位合成MOFs示意图

　　为此，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室付时雨教授团队通过脱木素处理制备纤维素气凝胶（WCA），并在其内部原位合成UiO-66-NH₂，获得了木材纤维素气凝胶与MOFs的复合材料（UiO-66-NH₂@WCA）。制备的复合材料具有较高的MOFs负载量（36%），展现出碘的高吸附性能（碘蒸气为704 mg/g，碘溶液为248 mg/g）以及结构稳定性。

UiO-66-NH₂@WCA复合材料宏观和微观结构

　　研究者首先利用次氯酸钠和醋酸对木材进行脱木素处理，随后用氢氧化钠脱除半纤维素，通过冷冻干燥获得纤维素气凝胶。并通过水热法在气凝胶内部原位合成UiO-66-NH₂。脱木素后，气凝胶含有80.3%的纤维素和7.51的半纤维素，而经进一步脱除半纤维素，气凝胶孔隙率可达94.53%，并具有层状疏松的多孔结构。MOFs颗粒均匀分布在气凝胶细胞壁上，粒径约为200 nm，负载率为34.2%。

UiO-66-NH₂@WCA复合材料孔隙结构

　　利用氮气吸脱附曲线对复合材料的孔隙结构进行了分析。对于UiO-66-NH₂，在低相对压力下具有较高的吸附性能，表明粒子中丰富的微孔结构。UiO-66-NH₂@WCA复合材料在低相对压力下吸附能力得到提升。在高相对压力下较窄的滞后回线表面复合材料中存在较多的介孔和大孔。UiO-66-NH₂的比表面积为824.09 m²/g，UiO-66-NH₂@WCA复合材料的比表面积为110.56 m²/g，是纤维素气凝胶的140倍。复合材料的孔径分布集中在0.4~1.7 nm、2~40 nm和50~200 nm，具有多层级孔隙结构。

UiO-66-NH₂@WCA复合材料对碘蒸汽的吸附能力

　　UiO-66-NH₂@WCA复合材料在40~200°范围内具有较高的稳定性，可用于碘蒸气的吸附。在常压80°C条件下测试复合材料对碘蒸气的吸附性能，吸附24h后，气凝胶转变为金黄色，而复合材料转变为黑色，表明复合材料吸附了更多的碘。吸附曲线可以看出，复合材料和MOFs粒子吸附12h后达到饱和，而气凝胶在8h即达到饱和。气凝胶的吸附能力为111.11 mg/g，而复合材料为703.7 mg/g，且具有较好的可重复利用性能。

UiO-66-NH₂@WCA复合材料对碘溶液的吸附能力

　　对于碘溶液，气凝胶的吸附量仅有20.92 mg/g，而复合材料的最大吸附量为248.05 mg/g。研究者对复合材料的碘吸附动力学进行了分析，发现拟二级动力学模型与复合材料的实验数值具有高度的匹配性，适用于解释复合材料的吸附机制。MOFs颗粒的生长增加了气凝胶内部边界层厚度，但也提供了更多孔道和活性位点用于客体分子的扩散。表面吸附和粒子内部扩散共同影响吸附速率。

UiO-66-NH₂@WCA复合材料吸附动力学分析

　　最后，研究者对UiO-66-NH₂@WCA复合材料吸附等温曲线测试分析，表明复合材料的吸附是自发的、放热的和随机的。并研究了pH值对吸附性能的影响，发现在pH为6时，24h的吸附量最大，可达264.11 mg/g。

复合材料对碘的吸附机制

　　参考文献：

　　Tian Shenglong, Yi Zede, Chen Junqing, Fu Shiyu. In situ Growth of UiO-66-NH₂ in Wood-derived Cellulose for Iodine Adsorption.Journal of Hazardous Materials 2022. 

　　DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.130236