Page 17 - 《精细化工》2022年第7期

第 7 期 刘振波，等: ZIF-8 及其衍生材料在水处理领域的应用 ·1303·

性，发现 ZIF-8 在 60 ℃水中、低浓度（ZIF-8 的质 3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2 和 9∶1）的
量分数为 0.06%）下，ZIF-8 在热力学条件下发生水 混合溶液，然后加入 20 mg ZIF-8 进行吸附 CEES，
解，优先转化为 ZnO，此后 ZIF-8 材料的水热稳定 结果表明，ZIF-8 的吸附能力与溶剂的极性呈正相
性引起广泛关注。ESMAEILI 等 [87] 利用类似的研究 关，即溶液极性越大，越有利于 ZIF-8 吸附 CEES，
方法，对使用不同方法制备的不同尺寸的 ZIF-8 微 体积比为 9∶1 的 H 2 O/EtOH 溶液有 97%的 CEES 在
晶进行了水稳定性测试，ZIF-8 微晶在水中不稳定， 1 min 内迅速被 ZIF-8 吸附。
溶解的 ZIF-8 微晶的量取决于 ZIF-8/H 2 O 的比例和 pH 会影响水中污染物的存在形态和 ZIF-8 及其
接触时间。为了防止 ZIF-8 晶体和多孔结构由于金 衍生材料表面的电荷性质。通常 ZIF-8 在中性和碱
属-配体键的水解反应或配体取代反应而导致结构 性条件下比较稳定，在酸性条件下，溶液中的 H +
坍塌，应有效保护金属-配体键免受水分子的攻击。 和金属阳离子会竞争 ZIF-8 及其衍生材料上的吸附
如金属掺杂含量或锌源的选取都可影响 ZIF-8 的水 位点，从而影响其最终的吸附效果，而且部分 Zn 2+
稳定性。TAHERI 等 [88] 对钴掺杂量为 0~100%（摩尔 从吸附剂中释放到水中，这很可能会影响 ZIF-8 吸
分数）的 ZIF-8 的水稳定性进行了定量研究，结果 附水中的污染物 [95] 。ALINEJAD 等 [96] 将制备的 ZIF-8
表明，ZIF-8 的水稳定性随着钴掺杂量的增加而降 和 HUO 等 [97] 将通过简单改性制备的 Fe 3O 4-ZIF-8 复合
低。SHENG 等 [89] 探究了 ZIF-8 合成中的锌盐的阴离 材料在不同 pH 下进行吸附实验，结果表明，碱性
子对 ZIF-8 结构的水稳定性的影响。在 80 ℃下，将 条件往往比酸性条件更有利于对目标污染物的吸
得到的 ZIF-8 晶体浸入水中 10 d 后，硝酸锌衍生的 附，其吸附过程均与拟一级动力学模型和 Langmuir
纳米晶体转化为无定形产物，而醋酸锌衍生的 ZIF-8 等温模型吻合得很好。
仍可以维持 45%的相对结晶度，表现出较高的水稳 环境温度对反应体系的能量、ZIF-8 的饱和吸附
定性。一些修饰手段可以提高 ZIF-8 的水稳定性。 容量和污染物的迁移行为有很大影响。JIANG 等 [76]
例如：JASUJA 等 [90] 证明了通过在配体中分别加入 在 20 和 60 ℃下研究了 ZIF-8 去除水中 BTri 和
亲水/极性或疏水/非极性官能团来降低或改善 ZIF-8 5-TTri 的性能，当温度从 20 ℃升高到 60 ℃时，
的水稳定性。LIU 等 [86] 将 5,6-二甲基苯并咪唑、三 ZIF-8 对 BTri 的吸附容量从 294 mg/g 增加至 495
乙胺分散在甲醇中用于修饰 ZIF-8，主要是通过一种 mg/g，对 5-TTri 的吸附容量从 390 mg/g 增加至 431
壳配体交换反应显著提高 ZIF-8 水热稳定性的策略， mg/g（图 6）。此外，ZIF-8 比活性炭表现出更大的
利用空间位阻和疏水效应稳定保留了 ZIF-8 结构特 吸附容量和更快的吸附动力学。
征。还有一些科研人员选用聚多巴胺 [91] 、纤维素 [92]
等对 ZIF-8 进行化学修饰，通过部分炭化形成富碳
最外层 [93] ，得到的 ZIF-8 不仅具有高水热稳定性，
而且在液相吸附中具有高吸附率。
尽管 ZIF-8 的水不稳定现象逐渐得到报道，但
其稳定性研究往往局限于实验现象的观察，ZIF-8
在水中的水解机制和相转化行为仍缺少系统研究和
深入认识，但至少说明通过化学修饰是提高 ZIF-8
水热稳定性的有效途径。
3.2 环境因子对 ZIF-8 及其衍生材料水处理的影响
ZIF-8 及其衍生物吸附催化污染物的能力往往
取决于自身的物理化学特性，但是不同的水处理环
境对其吸附污染物有较大的差别，因此，通过优选
溶剂环境，控制适宜的 pH，以及调节反应温度和压
力等环境因子，可大大提高 ZIF-8 与修饰因子协同
体系对废水中污染物的去除效果。
溶剂极性能影响 ZIF-8 吸附能力，通过在不同
的溶剂极性条件下利用 ZIF-8 来快速吸附去除 2-氯
乙基乙基硫醚（CEES） [94] ，将 2.5 mg CEES 分别注
入有 1 mL H 2 O/EtOH（体积比分别为 1∶9、2∶8、