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Influence of Interfering Ions and Adsorption Temperature on Radioactive Iodine Removal Efficiency and Stability of Ni-MOF-74 and Zr-UiO-66

吸附 材料科学 离子 放射性废物 放射性碘 锕系元素 无机化学 放射化学 核化学 化学 物理化学 有机化学 医学 冶金 甲状腺 内科学
作者
Turki Alghamdi,Peter O. Aina,Ali A. Rownaghi,Fateme Rezaei
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (28): 33621-33632 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.3c05821
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) often exhibit an exceptional adsorption-based separation performance for a variety of gases, ions, and liquids. While most radioactive iodine removal studies focus on the capture of radioactive iodine from off-gas streams, few studies have systematically investigated the effect of structure-property relationships of MOFs on iodine removal performance in the presence of interfering ions in liquid solutions. Herein, we investigated the iodide ion (I-) adsorption performance of two model MOFs (e.g., Ni-MOF-74 and Zr-UiO-66) in liquid phase as a function of iodine concentration (e.g., 0.125 to 0.25 and 0.50 mmol/L) and adsorption temperature (e.g., 25 to 40 and 60 °C), and in the presence of interfering ions such as Cl- and CO32- through batch-mode experiments. Under identical experimental conditions, Ni-MOF-74 outperformed Zr-UiO-66 in immobilizing iodine from the solution by achieving a maximum iodine removal efficiency of 97% at 60 °C. The results showed that the presence of other interfering ions marginally affects the iodine removal efficiency (e.g., capacity and rate of iodine capture) over both MOF adsorbents. The adsorption kinetics was found to be controlled by multiple transport processes encompassing external surface adsorption, intraparticle diffusion, and final equilibrium. Moreover, the leach test results revealed 8 and 12% iodine release from Ni-MOF-74 and Zr-UiO-66, respectively, at 25 °C after 48 h aging. This study establishes guiding principles for sustainable removal of iodine in the presence of Cl- and CO32- species in cyclohexane.
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