太原科技大学赵旭东和刘宝胜: 通过构建缺陷调控MOF材料孔道和带电性质用于水中镝离子的捕获

镝(Dy)作为最关键的稀土元素之一已被广泛用于永磁体制造等产业中。由于天然矿产总储量和产量较低，镝资源面临严重短缺。因此，含Dy³⁺工业废水中的金属回收具有重要的现实意义。微孔吸附是一种有效的金属离子吸附方式，其中相邻活性基团距离较近，利于充分发挥协同作用。然而，微孔吸附面临的一个重要问题在于微孔中优先捕获的离子容易阻塞材料通道，从而限制后续离子的扩散，造成基团利用率偏低的问题，如微孔材料UiO-66-(COOH)₂、MIL-121和Zr-BDC-COOH-SO₄等对离子的实际吸附量大幅低于理论吸附量（<40%）。因此，如何改善材料基团利用率进而提升吸附性能是当前离子吸附方面的一个重要课题。本文通过构建缺陷结构以提高材料的多孔性和表面带电性质。以经典的UiO-66-(COOH)₂作为平台，使用水溶性优异的苯甲酸钠(BCNa)作为模板剂引入缺陷，利用配位和静电力等作用，实现了水中Dy³⁺离子的高效捕获。

考虑到当前微孔材料在液相吸附中存在的基团利用率偏低的问题，本文在UiO-66-(COOH)₂中构建缺陷结构以提高材料的孔道特性，从而改善了基团利用效率，实现了对镝的吸附性能。首先，通过调节苯甲酸钠的添加量来构建有缺陷的UiO-66-(COOH)₂-B材料，并采用多种手段充分表征；其次，评估缺陷型UiO-66-(COOH)₂-B吸附Dy³⁺的动力学、热力学及选择性，确定最优的吸附剂；最后，揭示了缺陷材料对Dy³⁺的吸附机理。

赵旭东，太原科技大学化工学院副教授、硕士生导师，博士毕业于北京化工大学。主要从事金属-有机骨架材料的制备及其在吸附分离领域的应用研究，在Coordination Chemistry Review, Chemical Engineering Journal, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上发表论文20余篇，总被引400余次，授权发明专利3件。主持/参与国家自然科学基金、山西省青年基金、山西省高校科技创新基金等多项研究课题。

Lei Pei, Xudong Zhao,* Baosheng Liu,* Zhengjie Li, Yinghui Wei, Rationally Tailoring Pore and Surface Properties of Metal–Organic Frameworks for Boosting Adsorption of Dy³⁺, ACS Applied Materials & Interfaces, DOI: https:// doi.org/10.1021/acsami.1c14302

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c14302

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