新型MOF@木材复合材料的制备及其染料吸附和阻燃性能研究

金属-有机骨架(MOF)晶体的实际应用通常受其粉末形态的限制。将天然轻木作为基体负载MOF颗粒,采用简便通用的生长策略成功制备了一系列新型MOF@木材(MOF=UiO-66,ZIF-8和ZIF-67)复合材料,并系统研究了其微观结构、阻燃性能及其对亚甲基蓝(MB)染料的吸附行为。研究结果表明,不同晶粒尺寸和形貌的MOF引入木材基体后,大量均匀分布在木材支架内的管腔表面并保持了其结晶度。其中,ZIF-8@木材具有更加优异的MB吸附能力,对MB的去除率为82.5%,最大吸附量可达210.9 mg·g_(-1)。吸附过程符合伪二阶动力学模型,说明MOF@木材对MB的吸附主要为化学吸附。此外,UiO-66的掺入对木材基体早期热稳定性和炭层形成的影响优于ZIFs。相比于天然木材,UiO-66@木材的热释放峰值(PHRR)由94.5 W·g_(-1)急剧降至36.5 W·g_(-1),总热释放量(THR)从7.7 kJ·g_(-1)下降到5.4 kJ·g_(-1)。同时,在800℃的炭化率显著提高了84.8%。本研究为设计和构筑功能化MOF@木材复合材料提供了新的途径,可能促进其在环境和绿色建筑等领域的应用。

负载MOF的木材气凝胶及其复合材料的构筑与表征

金属-有机框架(MOF)的形态通常呈粉末状不易回收且加工成型较为困难,从而导致其进一步实际应用受到限制。因此,为MOF寻求一种具有良好加工性能的自支撑多孔载体材料显得迫在眉睫。采用化学预处理与冷冻干燥相结合的方法制备出一系列木材气凝胶多孔载体材料,并对比研究了不同木材气凝胶的微观结构、比表面积和热稳定性能。相较其他木材气凝胶,轻木气凝胶能够保持完整的蜂窝状多孔骨架结构,其比表面积达到43.87 m^(2)·g^(-1),并表现出低密度(0.091 g·cm^(-3))的超轻质特性,且兼具良好的热稳定性。基于此,将轻木气凝胶作为载体负载MOF颗粒,采用原位生长策略成功构筑出一种新型ZIF-8@轻木气凝胶吸附材料。结果表明,具有规则十二面体结构的ZIF-8均匀分布在轻木气凝胶骨架内的管腔表面,ZIF-8的引入显著提升了轻木气凝胶多孔载体的吸附能力,该复合材料对亚甲基蓝(MB)的去除率为99.2%,最大吸附量可达198.3 mg·g^(-1)。吸附过程符合准二级动力学模型,说明ZIF-8@轻木气凝胶对MB的吸附主要为化学吸附。为构筑功能化MOF@木材衍生复合材料提供了新的思路,将促进其在环境修复领域的应用。