Origin of the unusually strong and selective binding of vanadium by polyamidoximes in seawater

海水 吸附 滴定法 化学 X射线吸收精细结构 酰亚胺 无机化学 组合化学 高分子化学 物理化学 光谱学 地质学 量子力学 海洋学 物理
作者
Alexander S. Ivanov,Christina J. Leggett,Bernard F. Parker,Zhicheng Zhang,John Arnold,Sheng Dai,Carter W. Abney,Vyacheslav S. Bryantsev,Linfeng Rao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:8 (1) 被引量:129
标识
DOI:10.1038/s41467-017-01443-1
摘要

Amidoxime-functionalized polymeric adsorbents are the current state-of-the-art materials for collecting uranium (U) from seawater. However, marine tests show that vanadium (V) is preferentially extracted over U and many other cations. Herein, we report a complementary and comprehensive investigation integrating ab initio simulations with thermochemical titrations and XAFS spectroscopy to understand the unusually strong and selective binding of V by polyamidoximes. While the open-chain amidoxime functionalities do not bind V, the cyclic imide-dioxime group of the adsorbent forms a peculiar non-oxido V5+ complex, exhibiting the highest stability constant value ever observed for the V5+ species. XAFS analysis of adsorbents following deployment in environmental seawater confirms V binding solely by the imide-dioximes. Our fundamental findings offer not only guidance for future optimization of selectivity in amidoxime-based sorbent materials, but may also afford insight to understanding the extensive accumulation of V in some marine organisms.
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