Sustainable lithium extraction enabled by responsive metal-organic frameworks with ion-sieving adsorption effects

吸附 锂(药物) 萃取(化学) 金属有机骨架 金属锂 金属 化学 化学工程 材料科学 色谱法 有机化学 冶金 电极 心理学 电解质 精神科 工程类 物理化学
作者
Xu Xin Wu,Huacheng Zhang,Xinyu Zhang,Qian Guan,Xiaocong Tang,Hao Wu,Mingbao Feng,Huanting Wang,Ranwen Ou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (6): e2309852121-e2309852121 被引量:86
标识
DOI:10.1073/pnas.2309852121
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) are superior ion adsorbents for selectively capturing toxic ions from water. Nevertheless, they have rarely been reported to have lithium selectivity over divalent cations due to the well-known flexibility of MOF framework and the similar physiochemical properties of Li + and Mg 2+ . Herein, we report an ion-sieving adsorption approach to design sunlight-regenerable lithium adsorbents by subnanoporous MOFs for efficient lithium extraction. By integrating the ion-sieving agent of MOFs with light-responsive adsorption sites of polyspiropyran (PSP), the ion-sieving adsorption behaviors of PSP-MOFs with 6.0, 8.5, and 10.0 Å windows are inversely proportional to their pore size. The synthesized PSP-UiO-66 with a narrowest window size of 6.0 Å shows high LiCl adsorption capacity up to 10.17 mmol g −1 and good Li + /Mg 2+ selectivity of 5.8 to 29 in synthetic brines with Mg/Li ratio of 1 to 0.1. It could be quickly regenerated by sunlight irradiation in 6 min with excellent cycling performance of 99% after five cycles. This work sheds light on designing selective adsorbents using responsive subnanoporous materials for environmentally friendly and energy-efficient ion separation and purification.
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