Highly selective capture of gallium from aqueous solutions using tetradentate amidoxime functionalized MIL-53(Al) nanofiber membranes

吸附 选择性 材料科学 无机化学 水溶液 选择性吸附 化学工程 四方晶系 化学 物理化学 结晶学 有机化学 冶金 催化作用 晶体结构 生物化学 工程类
作者
Chenxi Shi,Kun‐Peng Wang,Chongchong Chen,Yijun Cao,Guoli Zhou,Jingtao Wang,Cong Li
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:330: 125303-125303 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.125303
摘要

Gallium, with an average content of about 15 μg g−1 in the Earth's crust, ranks at the forefront of strategic metals. However, the separation of gallium remains challenging due to the similar physical and chemical properties of gallium and other impurity ions. Herein, the tetradentate amidoxime-functionalized MIL-53(Al) nanofiber membranes (PAN/MIL-53-AO) are prepared to separate gallium, aluminum, vanadium ions and so on. The resultant membranes display 231.08 mg g−1 for Ga(Ⅲ) with high selectivity in static and dynamic adsorption. Specially, PAN/MIL-53-AO demonstrates excellent gallium regeneration rate of 84.25% after five cycles. According to DFT calculations, due to the tetradentate structure of MIL-53(Al)-AO, the amidoxime group binds to gallium ion with a lower binding energy (−29.46 eV). In conclusion, the experimental dates and theoretical calculations indicate that the excellent adsorption capacity is derived from the high binding ability of unique rhombic tetragonal coordination structure for gallium ion and the specific MIL-53(Al) cavity size for passage of gallium. Such performances outperform most state-of-the-art adsorption membranes. The special structure of MOF pores provides a novel approach for rapid synthesis of adsorption sites with high selectivity, with potential utilization in the selective adsorption of gallium ions.
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