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文章标题DisclosingtheRoleofDefectiveUiO-66overSb(V)Removal:AJointExperimentalandTheoreticalStudy文章亮点

(1)揭示了UiO-66缺陷与Sb(V)去除性能之间的相互关系。

(2)不同的调制器诱导出具有不同缺陷浓度的UiO-66-Xs。

(3)具有最多缺陷的UiO-66-TFA的性能是UiO-66的2.98倍。

(4)通过实验和DFT计算,证明了Sb(V)吸附的增强。

摘要详文

(1)金属有机框架(MOFs)具有在结构中创造丰富的缺陷以暴露结合点的能力,有利于废水处理。然而,缺陷浓度与重金属去除性能之间的相互关系仍然值得探讨。

(2)UiO-66-X晶体材料在乙酸、苯甲酸和三氟乙酸等单羧酸的存在下成功合成,并系统研究了缺陷浓度对Sb(V)去除性能的影响。

(3)XRD、TG、EPR和XPS表征显示,调制剂的加入增加了UiO-66-X中的缺陷含量,这有利于提高其位点利用率。正如预期的那样,UiO-66-AA、UiO-66-BA和UiO-66-TFA的Sb(V)吸附性能与原始UiO-66相比,分别提高了54.1%、.0%和.7%。

(4)密度函数理论(DFT)计算进一步证实,具有最多缺陷的UiO-66-TFA表现出更低的吸附能和更高的电荷转移,大大改善了Sb(V)的吸收性能。

(5)此外,UiO-66-TFA成功地去除了天一湖和赣江实际水中的锑,残留浓度低于5μg/L,符合饮用水标准。这项工作为合理选择调节剂以高效去除废水中的重金属提供了指导。

图文摘要图文标题

在此,通过在合成过程中添加不同类型的调节剂,在Zr-MOFs(UiO-66)中引入了不同浓度的缺陷,并对Sb(V)的吸附性能进行了微调(方案1)。通过DFT计算和实验模拟和评估了Sb(V)在吸附剂上的吸附行为,并通过BET和FT-IR表征确认了UiO-66-X的结构差异。随后,根据XRD、TG、EPR和XPS表征验证了吸附剂的缺陷浓度,并探索和建立了吸附性能与结构缺陷之间的关系。此外,在中国的天一湖和赣江的样品下,进行了实际的水实验来评估吸附剂对Sb(V)的吸附性能。

方案1.UiO-66-X与不同调制器的合成过程示意图。

图1.(a)UiO-66,UiO-66-AA,UiO-66-BA和UiO-66-TFA吸收Sb(V)后的吸附能量(Eads)差异。(b)四种吸附剂的Sb(V)吸收能力。初始Sb(V)浓度为1.0g/L,吸附剂剂量为1.0g/L,溶液体积为20mL,温度为K。(c)UiO-66-TFA的吸附能力与文献中报道的其他基准材料的吸附能力的比较。

图2.(a)UiO-66,(b)UiO-66-AA,(c)UiO-66-BA和(d)UiO-66-TFA在吸附Sb(V)之前和之后的FT-IR光谱。

图3.UiO-66、UiO-66-AA、UiO-66-BA和UiO-66-TFA的特性。(a)X射线衍射图,(b)TGA热图,(c)EPR光谱,和(d)O1s光谱。

图4.(a)UiO-66,(b)UiO-66-AA,(c)UiO-66-BA,和(d)UiO-66-TFA的BET、孔隙体积、孔隙大小、晶体缺陷和吸附性能之间的关系图。

图5.(a)乙酸、苯甲酸、三氟乙酸和对苯二甲酸的不同调节剂的pKa。(b)四种吸附剂的缺陷浓度、位点利用率和吸附能力之间的关系。

图6.(a)UiO-66和UiO-66-TFA在吸收Sb(V)之前和之后的Zr3d光谱。(b)UiO-66和UiO-66-TFA对Sb(V)捕获的电荷密度差异。(c)UiO-66和UiO-66-TFA的d波段中心以及Zr3d和O2p的投影状态密度。(d)Sb(V)在UiO-66和UiO-66-TFA上的晶体轨道汉密尔顿群(-COHP)分析。

图7.(a)天一湖和(b)赣江的实际水的残余浓度和Sb的去除效率。

文章结论

(1)总之,通过选择乙酸、苯甲酸和三氟乙酸等单羧酸调节剂,合理地设计了三种不同缺陷浓度的UiO-66衍生物。通过改变调节剂的类型,对吸附剂中的缺陷浓度和Sb(V)的吸附性能进行了精细的调整。

(2)与UiO-66相比,UiO-66-AA、UiO-66-BA和UiO-66-TFA的吸附性能分别提高了54.1%、.0%和.7%。此外,具有最多缺陷的UiO-66-TFA表现出更宽的微孔尺寸分布、更多的吸附点和最大的吸附性能。

(3)实验分析和DFT计算共同表明,吸附剂对Sb(V)的吸附性能通过产生更多的缺陷和加强吸附剂与被吸附物的相互作用而得到明显的促进。

(4)值得注意的是,在天一湖和赣江的实际水体中,通过吸附实验对Sb的去除率超过99%。这项工作为Zr-MOFs的缺陷和吸附性能之间的相互关系提供了基本和应用的见解。



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