Insight into the Specific Adsorption of Cu(II) by a Zinc-Based Metal–Organic Framework Mediated via a Proton-Exchange Mechanism

吸附 质子 机制(生物学) 金属有机骨架 化学 金属 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Fang Shen,Jiayi Wang,Yubao Wang,Yan‐Jun Du,Shanming Qin,Zongwu Wei,Zhiqiang Lin,Kungang Chai
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (11): 7769-7778
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c00225
摘要

In the context of scarce metal resources, the one-step separation and recovery of high-value copper metal ions from secondary resources is of significant importance and presents substantial challenges. This study identified a Zn-based triazole MOF (Zn(tr)(OAc)) with accessible and noncoordinated terminal hydroxyl groups within its framework. The Zn(tr)(OAc) surpasses most currently reported Cu-specific MOF adsorbents regarding adsorption capacity and Cu2+ selectivity. Furthermore, in the one-step separation and recovery experiment of Cu2+, the Cu2+ concentration was increased from 79.64% in the simulated secondary copper resource solution to 98.62% in the adsorbed phase. Both experimental and theoretical studies indicated that the high ion selectivity for Cu2+ is primarily due to the specific recognition ability of the terminal hydroxyl (-OH) group, enabling only Cu2+ to undergo proton exchange with the hydrogen. The strong adsorption capacity of the material was attributed not only to proton exchange between the hydroxyl groups in the framework and Cu2+ but also to interactions between the nitrogen (N) and oxygen (O) atoms in the heterocyclic rings and Cu2+. In summary, Zn(tr)(OAc) demonstrates great potential in the separation and recovery of Cu2+ from secondary copper resources and provides additional possibilities for enhancing Cu2+ selectivity in MOF-based adsorbents.

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