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Angew. Chem. :超临界二氧化碳中构筑MOF-聚合物复合材料用于捕获水体中的银

电子废弃物被认为是“城市矿藏”,是“放错地方的资源”。从中选择性回收有价值金属具有极高的经济效益和社会效益。一般来说,从电子废弃物中提取金属包括酸浸出、水体中选择性捕获、还原等步骤。其中,如何构筑新颖的材料从复杂水体中快速、高选择性地捕获贵金属如金、银等对实现电子废弃物资源的高效利用显得尤为重要。



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图1. MIL-127/PoPD合成及吸附示意图

近日,厦门大学彭丽副教授/杨述良副教授/李军教授和洛桑联邦理工大学Wendy L. Queen教授团队报道了一种可控的绿色工艺:以超临界二氧化碳(ScCO2)为介质,制备了一种孔道丰富的金属-有机框架(MOF)/低聚物复合材料,MIL-127-聚邻苯二胺(PoPD)。由于零表面张力、对低聚物单体的高溶解性、低粘度和强渗透性,ScCO2可以很容易地以最小的扩散阻力渗透到MIL-127的微孔中,从而可以使低聚物单体在MOF孔道中均匀、高效地分散。与采用传统浸渍策略制备的MIL-127/PoPD复合材料相比,引入ScCO2后,低聚物负载量大大提高,且合成更加容易控制。因此这种新的ScCO2辅助方法可以在MOF/低聚物复合材料合成中发挥独特的作用。

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图2. 超临界二氧化碳制备复合材料示意图

通过该方法制备的MIL-127/PoPD具有优异的Ag+吸附能力(560 mg/g),高Ag+去除率( 5分钟内捕获超过99% Ag+),同时具有高选择性,长期稳定性和循环吸附能力。此外,MIL-127/PoPD可以从包括河水、海水、废定影夜和电子垃圾浸出液等几种液体中快速、选择性地提取银。值得一提的是,这种复合材料可以将Ag+浓度降低到美国环境保护署制定的排放标准(<0.1 ppm)以下。

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图3. 吸附性能测试

通过理论模拟,作者发现在MOF内部存在空间有序的聚合物单元,这是复合材料选择性吸附Ag+的关键。此外,该材料能够将Ag+还原到其金属状态,使吸附后的材料具有抗菌性能。

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图4. 吸附机理研究

该复合材料的成功构筑与应用为ScCO2在MOF-聚合物复合材料的设计提供了新思路。通过对MOF主体和聚合物客体的合理性选择,可以调节所得复合材料的结构和性质,可望使其能够从不同体系中高效分离目标物种。

文信息

Rapid, Selective Extraction of Silver from Complex Water Matrices with a Metal-Organic Framework/Oligomer Composite Constructed via Supercritical CO2

Tianwei Xue, Li Peng,* Olga A. Syzgantseva, Maria A. Syzgantseva, Peiwen Guo, Huiyan Lai, Ruiqing Li, Jiawen Chen, Shumu Li, Xiaomei Yan, Shuliang Yang,* Jun Li,* Buxing Han and Wendy L. Queen*

文章的通讯作者是厦门大学彭丽副教授/杨述良副教授/李军教授和洛桑联邦理工大学Wendy L. Queen教授,第一作者是厦门大学博士研究生薛天威


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202309737




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