调金属-有机框架 链接器化学 过渡金属离子分离
Camille Violet1, Makenna Parkinson1, Akash K Ball2
1Department of Chemical and Environmental Engineering, Yale University, New Haven, Connecticut 06520-8286, United States.
具有碳酸组的先进金属有机框架 (MOF) 显示出高选择性,用于分离铜,和等关键金属离子. 离子分离技术的这一突破支持循环资源经济,通过有效回收贵金属.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 环境科学 环境科学
背景情况:
- 关键金属需求需要循环经济的先进离子分离技术.
- 分离过渡金属离子 (Co2+,Ni2+,Cu2+) 由于它们的化学性质相似,因此具有挑战性.
- 金属有机框架 (MOF) 为选择性离子吸附提供可调的化学物质.
研究的目的:
- 系统地研究MOF链接化学在Co2+,Ni2+和Cu2+的吸附和选择性中的作用.
- 通过溶剂辅助的链接器交换,使UiO-66 MOF与包括碳酸在内的各种群体具有功能.
- 开发和利用*in situ*石英晶微平衡技术进行实时离子吸附监测.
主要方法:
- 使用溶剂辅助链路交换 (>70%转换) 合成功能化的UiO-66衍生物.
- 合成后对UiO-66进行修改,以加入碳酸组 (>90%转化).
- *现场*石英晶微平衡监测实时离子吸附和批量吸附实验.
主要成果:
- 碳氧酸功能化的UiO-66衍生物显示出最高的离子吸收,其趋势为Cu2+Co2+Ni2+.
- UiO-66-(COOH) 2获得了最高的吸附率 (5.5% Cu2+/g MOF) 和选择性 (14对于 Cu2+/Ni2+,13对于 Cu2+/Co2+).
- 密度函数理论计算证实了更高的铜亲和度和结合能量趋势,与实验结果一致.
结论:
- 对MOF的合成后修改是一种有效的策略,用于调整材料化学,以实现选择性离子分离.
- 功能化的UiO-66 MOFs,特别是UiO-66-(COOH) 2,显示出重要的金属离子回收的巨大潜力.
- 这项研究推进了离子分离技术,这对于开发可持续的循环资源经济至关重要.
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