永久化学物质，尤其是全氟辛酸（PFOA）等PFAS家族成员，因其极高的化学稳定性和难以降解的特性，长期以来被认为是环境中的顽固污染物。这类化合物广泛应用于防水、防油和阻燃材料中，然而它们在环境中残留并积累，对生态系统和人体健康构成严重威胁。面对这一环境难题，犹他大学工程学院的研究团队开发出一种创新金属有机框架材料（MOF），不仅能高效去除水体中的PFOA，还能实现污染物的实时荧光检测，取得了显著的技术突破。 该团队由材料科学与工程系教授臧凌带领，核心成员包括主要作者达拉帕提和博士研究生史江凡与亨特。通过对已知高孔隙率MOF材料UiO-66-NH₂进行后合成改性，研究人员引入了季铵基团，赋予材料更强的阳离子特性，显著增强了其对带负电的PFOA分子的电静力吸附能力。改性后的材料被命名为UiO-66-N(CH₃)₃⁺，在吸附量和选择性方面均远超原始材料及传统吸附剂如活性炭。
UiO-66-N(CH₃)₃⁺展现出令人印象深刻的吸附能力，其最大PFOA吸附容量达到1178毫克每克，大大优于市面上其他同类吸附剂。这一数值通过Langmuir等温模型获得验证，并创造了该领域的吸附容量新纪录。材料内高度互联的多孔结构支持了快速的分子传递，使其能够在仅五分钟内从含有50ppb PFOA的水溶液中几乎完全去除污染物，实现了工业应用中急需的高速净水处理。 除了卓越的去除性能，这种材料还具备高选择性和耐盐性，能够在复杂水环境中有效识别并捕捉PFOA，即便存在其他PFAS化合物、盐分和天然有机物干扰，依旧保证稳定运行。此外，材料的再生能力使其具备良好的经济效益和环境可持续性，经过至少五次吸附-解吸循环后，仍能保持93%以上的吸附容量，无需复杂的化学处理，仅凭简单清洗即可实现再生使用，极大地降低了维护成本。 一个更为令人称道的创新点在于材料所具备的荧光传感功能。
UiO-66-N(CH₃)₃⁺集成了荧光标签，当PFOA分子进入其分子笼时，材料即呈现“开灯”效应，通过指示剂置换分析实现了荧光信号的显著增强。这种功能不仅能快速定量监测PFOA浓度，还支持现场即时测量，解决了传统检测方法依赖实验室且耗时较长的局限，对环境监控和污染预警具有重要意义。 这一双重功能的结合，使该材料不仅仅是一种吸附剂，更成为多功能的环境治理平台，兼具污染物清除与感应监测能力，为监管机构和水务公司提供了实用工具。在全球范围内因PFAS污染引发水资源安全危机的背景下，其推广应用将有效助力水质净化工程和环境治理项目。 研究团队同时指出，后合成改性策略彰显了金属有机框架材料设计上的灵活性和前景。通过针对不同污染物的功能基团定制，未来可开发更多针对特定环境污染难题的高性能材料，推动绿色环保科技的创新进步。
此次科研成果发表于《材料化学C》期刊，得到了Gentex公司赞助支持，彰显了产学研协同为解决环境挑战所带来的巨大潜力。臧教授表示，未来团队将着力优化材料规模化生产与实际应用工艺，力求实现PFAS污染治理技术的商业化和普及，造福社会与生态环境。 总结而言，这项科研突破为“永久化学物质”污染的治理带来了新的希望。高效、快速、选择性强且具备自我监测能力的新一代吸附材料，将极大地提升水体净化效果，保障人们饮水安全，助力全球环境保护事业的持续发展。随着技术的日渐完善和市场需求的增加，UiO-66-N(CH₃)₃⁺材料有望引领水处理行业进入更智能、更环保的新时代。
