Fe doped bimetallic HKUST-1 MOF with enhanced water stability for trapping Pb(II) with high adsorption capacity

双金属片 结晶度 吸附 X射线光电子能谱 掺杂剂 兴奋剂 金属有机骨架 化学工程 材料科学 金属 化学 纳米技术 冶金 物理化学 复合材料 工程类 光电子学
作者
Prateek Goyal,Archini Paruthi,Dhruv Menon,Rakesh Behara,Ankit Jaiswal,V Keerthy,Ajay Kumar,Venkata Krishnan,Superb K. Misra
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:430: 133088-133088 被引量:157
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133088
摘要

HKUST-1 Metal-Organic Framework (MOF), due to its coordinatively unsaturated metal sites, high surface area and microporosity, is one the most prominent MOF candidates. Our study investigates the consequence of doping iron into HKUST-1 MOF on its hydrostability, and demonstrates its usability for Pb(II) removal. A simple one-pot solvothermal process was used to synthesize Fe doped HKUST-1 MOF with varying dopant concentrations of Fe (5–20 mol%). Through various characterisation techniques (XPS, XRD, FTIR, ICP-OES) and MD simulations we demonstrated the incorporation of Fe into the HKUST-1 framework, which happened through Fe substituting the Cu(II) sites. Water stability studies using experimental and modelling approaches demonstrated that partial substituted Fe-HKUST-1 MOFs have a greater surface area retention with very little loss in crystallinity as compared to pristine HKUST-1 MOF. Fe substitution of as low as 5 mol% yielded a significant enhancement in the hydrostability of HKUST-1 MOFs, wherein the structure was intact for up to 10 hrs of water treatment. Similarly, 5 mol% Fe doping had a 53% reduction in the amount of Cu being leached out from the HKUST-1 MOF framework. Fe doped HKUST-1 MOFs showed exceptionally high Pb(II) selectivity, Pb(II) removal efficiency of > 90%, and a high Pb(II) adsorption capacity of 565 mg g−1. This study opens up the possibility of using doping as a strategy to enhance the hydrostability of HKUST-1 MOF and in the process improve its applicability for environmental remediation applications.
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