Regenerable and stable biomimetic hydroxyl-modified metal-organic frameworks for targeted uranium capture

吸附 化学 金属有机骨架 铀酰 螯合作用 亲缘关系 化学工程 组合化学 材料科学 无机化学 有机化学 立体化学 工程类 冶金
作者
Wan‐Wan Zhao,Lihong Li,Jian‐Zhen Liao,Ru‐Ping Liang,An‐Min Song,Fu-Di Zhang,Hua Ke,Jian‐Ding Qiu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:433: 133787-133787 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133787
摘要

Abstract By mimicking the binding motifs of bioreceptors, we have developed a series of multiple functional uranium adsorbents to meet this criterion: positioning direct chelation sites and hydrogen-bonding sites inside deep hydrophobic cavity of naphthalene diimide (NDI) MOFs. Benefiting from well-designed specific microenvironment namely the regular spatial structure and an unusual synergy from hydroxyl and carbonyl groups, the easy-prepared and stable MOF shows enhanced comprehensive performance. Representatively, the MOF CaNDI-oOH shows outstanding performance towards uranium enrichment with chemical and radiation stability, exceptional uptake capacity (572 mg g-1), fast kinetics (within 25 min), high anti-interference ability (the concentration of competitive ions exceeds 10 times), excellent reusability (at least 4 circles). Specifically, this adsorbent is able to reduce uranium in uranium-containing water samples to 3.27 ppb within 30 min, highlighting the potential application in radionuclide removal from wastewater. The experiment results and DFT calculation suggest biomimetic multiple interactions are responsible for high performance uranium capture. The cooperative interactions strategy established here reveals a new paradigm in enhanced uranium extraction for pristine MOFs with limited uranium affinity.
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