【商品化MOF材料】十种商业化金属有机框架材料生产流程的全周期环境影响评估

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摘要
本文(Adv. Func. Mater. 2024, 2410751)首次对十种工业化生产和广泛研究的金属有机框架MOFs，包括MOF-74 (Mg), CAU-10 (Al), MIL-53 (Al), MIL-53 (Fe), HKUST-1 (Cu), MOF-5 (Zn), UiO-66 (Zr), UiO-67 (Zr), MOF-808 (Zr), 和 NU-1000 (Zr)进行全面评估的研究，考虑了18个不同的环境影响类别，如全球变暖潜力、化石资源稀缺性、水消耗、生态毒性等。通过摇篮到大门生命周期评估，研究了各种合成方法的环境影响，并强调了使用绿色溶剂在减少环境足迹中的重要性。

研究背景
1) MOFs作为一种新兴材料，尽管在实验室研究中表现出色，但其环境影响尚未得到充分评估。
2) 已有一些研究开始对MOFs的环境影响进行评估，但这些研究通常局限于单一MOF系统或狭窄的应用范围。
3) 本研究首次对十种商业化的MOFs进行了全面的环境影响评估，涵盖了广泛的环境影响因素，并提供了不同合成方法之间的比较。

实验部分
选择了十种在文献中广泛研究且商业化生产的MOFs,从文献中收集了这些MOFs的详细合成方法，并进行了环境影响评估。通过摇篮到大门的全生命周期评估，量化了每种MOF合成方法的环境影响。包括：
1) 全球变暖潜力（GWP）：评估了不同MOF合成方法的GWP，发现某些方法的GWP比其他方法高得多。
2) 淡水生态毒性（FEP）：评估了合成过程中化学物质排放对淡水生态的潜在影响。
3) 化石资源稀缺性（FRSP）：评估了合成过程中对化石资源的依赖程度。
4) 人类致癌毒性（HCTP）：评估了合成过程中可能释放的致癌化学物质对人类健康的潜在影响。
具体结果如下：

MOF-74 (Mg)
生产成本：未提供具体数据，但肼处理可能增加成本。
碳排：605.6 kg CO2 eq. (肼处理后)
FEP：23.5 kg 1,4-DCB
FRSP：312.7 kg oil eq.
HCTP：27.6 kg 1,4-DCB

CAU-10 (Al)
生产成本：相对较低，尤其是水热合成方法。
碳排：23.7 kg CO2 eq. (微波合成)
FEP：14.9 kg 1,4-DCB (微波合成)
FRSP：6.2 kg oil eq.
HCTP：相对较低，未提供具体数值。

MIL-53 (Al)
生产成本：未提供具体数据，但微波合成方法可能成本较高。
碳排：16.4 kg CO2 eq. (水热合成)
FEP：未提供具体数值。
FRSP：未提供具体数值。
HCTP：未提供具体数值。

MIL-53 (Fe)
生产成本：未提供具体数据，但微波合成方法可能成本较高。
碳排：1769 kg CO2 eq. (微波合成)
FEP：14.9 kg 1,4-DCB (微波合成)
FRSP：835.8 kg oil eq. (微波合成)
HCTP：未提供具体数值。

HKUST-1 (Cu)
生产成本：室温合成可能成本较高，因为使用了大量DMF和MeOH。
碳排：600.2 kg CO2 eq. (室温合成)
FEP：33.2 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)
FRSP：455.3 kg oil eq. (室温合成)
HCTP：29.9 kg 1,4-DCB (室温合成)

MOF-5 (Zn)
生产成本：未提供具体数据，但微波合成方法成本较高。
碳排：1020.6 kg CO2 eq. (微波合成)
FEP：14.9 kg 1,4-DCB (微波合成)
FRSP：534.3 kg oil eq. (微波合成)
HCTP：0.06 kg 1,4-DCB (室温合成)

UiO-66 (Zr)
生产成本：未提供具体数据，但溶剂热合成方法成本较高。
碳排：273.8 kg CO2 eq. (溶剂热合成)
GWP：273.8 kg CO2 eq. (溶剂热合成)
FEP：11.7 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)
FRSP：123.9 kg oil eq. (溶剂热合成)
HCTP：12.7 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)

UiO-67 (Zr)
生产成本：未提供具体数据，但溶剂热合成方法可能成本较高。
碳排：348.2 kg CO2 eq. (溶剂热合成)
FEP：14.9 kg 1,4-DCB (微波合成)
FRSP：158.9 kg oil eq. (溶剂热合成)
HCTP：16.4 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)

MOF-808 (Zr)
生产成本：未提供具体数据，但溶剂热合成方法可能成本较高。
碳排：2482 kg CO2 eq. (溶剂热合成)
FEP：30 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)
FRSP：821.7 kg oil eq. (溶剂热合成)
HCTP：82.5 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)

NU-1000 (Zr)
生产成本：室温合成可能成本较高，因为使用了大量DMF和丙酮。
碳排：7741.2 kg CO2 eq. (室温合成)
FEP：68.2 kg 1,4-DCB (溶剂热合成)
FRSP：4274 kg oil eq. (室温合成)
HCTP：244.7 kg 1,4-DCB (室温合成)

总结
1) 本研究对十种广泛研究的MOFs进行了环境影响评估，发现不同合成方法的环境影响差异显著。研究强调了在MOF合成中减少有机溶剂使用的重要性，并提出了更环保的合成方法。
2) 本研究未包括MOFs的使用阶段和生命周期结束阶段的环境影响。
3) 研究中未考虑溶剂回收方法和废物管理活动，这可能会影响方法的整体影响。
4) 本文的研究为MOFs的环境影响评估提供了一个全面的视角，并为未来的可持续设计和合成方法提供了指导。

Cradle-to-Gate Environmental Impact Assessment of Commercially Available Metal-Organic Frameworks Manufacturing
文章作者：Subhajit Dutta, Madeline Walden, Anna Sinelshchikova, Romy Ettlinger, Erlantz Lizundia, Stefan Wuttke
DOI：10.1002/adfm.202410751
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202410751