Lead, Locked Away: Porous Zr–Phytate Coordination Polymers for Rapid and Selective Removal of Pb 2+ from Water

化学 聚合物 无定形固体 介孔材料 植酸 降级(电信) 浸出(土壤学) 磷酸 化学工程 磷酸盐 聚磷酸盐 水解 角鲨酸 选择性 限制 无机化学 多孔性 配位聚合物 有机化学 化学稳定性 氢键 高分子化学 分子 化学改性 化学分解 组合化学 抵抗 插层(化学) 配体(生物化学) 配位复合体 化学反应
作者
Nazanin Taheri,Till Schertenleib,Timo M. O. Felder,Laura Piveteau,Beatriz Mouriño,Berend Smit,Mohammad Khaja Nazeeruddin,Wendy L. Queen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (50): 45936-45950
标识
DOI:10.1021/jacs.5c11825
摘要

Coordination polymers (CPs) often suffer from poor hydrolytic and chemical stability, limiting their use in water remediation. Herein, we report a highly robust, amorphous CP synthesized from Zr4+ and phytic acid, a natural source of phosphorus in plants and seeds. The CP, which features stable Zr-O-P bonds that resist degradation even in 10 M HCl and HNO3, forms a micro- and mesoporous network under mild reaction conditions in water. The material consists of mononuclear ZrO6 units bridged by phosphate groups. Zr-Phytate exhibits excellent Pb2+ removal performance, maintaining high efficiency even in the presence of excess competing ions. Pair Distribution Function (PDF) analysis and solid-state NMR (ssNMR) provide insight into the coordination environment of the Zr-phosphate centers and the mechanism of lead complexation. The exceptional chemical durability of Zr-Phytate allows efficient regeneration using 1 M HCl, with no detectable leaching of Zr or phytic acid and no loss of structural integrity over multiple cycles. Compared to commercial ion-exchange resins, Zr-Phytate offers superior selectivity and reusability. This work demonstrates the importance of designing stable coordination polymers and highlights the promise of zirconium-phosphate networks for applications in water remediation.
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