Ionic liquid entrapped UiO-66: Efficient adsorbent for Gd3+ capture from water

C4毫米 吸附 离子液体 化学 解吸 无机化学 化学工程 傅里叶变换红外光谱 溴化物 水溶液中的金属离子 离子 核化学 物理化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Imteaz Ahmed,Keshab Kumar Adhikary,Yu‐Ri Lee,Kyung Ho Row,Kyoung‐Ku Kang,Wha‐Seung Ahn
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:370: 792-799 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.cej.2019.03.265
摘要

An ionic liquid (IL), 1-butyl-3-methylimidazolium bromide ([C4mim]+[Br]−) was entrapped within the cavities of the robust metal-organic framework (MOF) UiO-66 via a ship-in-a-bottle technique. To this end, 1-methylimidazole and 1-bromobutane were introduced sequentially to diffuse through the pores of UiO-66 to form the IL species [C4mim]+[Br]− inside the MOF structure (C4[email protected]). It was characterized by XRD, N2 adsorption-desorption isotherms, elemental analysis, SEM, and FTIR spectroscopy. [C4mim]+[Br]− remained entrapped within the cavities of UiO-66 by its bulky size and interaction with UiO-66 framework as confirmed by FTIR, TGA, and density functional theory calculations. The material was subsequently applied for Gd3+ adsorption in water. A pseudo-second-order kinetic behavior was observed and a practical adsorption equilibrium was attained after 3 h of contact time at 25 °C. The maximum adsorption capacity of pristine UiO-66 for Gd3+ in water (17 mg/g) was greatly increased in C4[email protected] (85 mg/g) because of the strong interaction between Gd3+ ions and the N-sites of the imidazole rings of the entrapped [C4mim]+[Br]− molecules. The thermodynamic analysis indicated endothermic adsorption for Gd3+ ions on C4[email protected] with ΔHo of 24.4 kJ/mol. C4[email protected] showed a high selectivity of 82% for Gd3+ against other metal ions (Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, and Fe3+) present in the solution. Further, C4[email protected] could be used for five repeated runs without any significant drop in the adsorption capacity.
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