Polyacrylamide-Intercalated MXene Nanosheets Loaded with ZIF-8 for Uranium Adsorption

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作者
Nijuan Liu,Yuanzhuo Li,Nana Wang,Fupeng Jin,Duoqiang Wang,Ruijuan Wang,Hongping Zhang,Hao Liang,Ruibin Guo,Wei Tian,Zunli Mo
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:8 (48): 23152-23163 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsanm.5c04330
摘要

The extraction of uranium from seawater is crucial for the advancement of sustainable energy development, driving urgent demands for high-performance adsorbents. Herein, a composite adsorbent was engineered based on MXene nanosheets. To address the self-stacking issue of the nanosheets, polyacrylamide (PAM) was intercalated as a molecular spacer, which was followed by the in situ growth of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) on the modified MXene nanosheet surface. The material exhibited a hierarchical pore structure and high specific surface area (604 m2/g), facilitating active site exposure. Maximum uranium adsorption capacity reached 909 mg/g at pH 4.0 and 298 K, with high selectivity. Adsorption kinetics conformed to a pseudo-second-order model, isotherms aligned with the Temkin model, and thermodynamics revealed a spontaneous, endothermic process. FT-IR and XPS spectroscopy confirmed the UO22+ coordination with MXene (Ti–O, –COOH), PAM (–NH2), and ZIF-8 (pyrrole-N, Zn–O). The material maintained stable performance in complex aqueous environments, exhibiting uranium adsorption capacities of 33, 34, and 37 mg/g in spiked salt lake water, seawater, and Yellow River water systems, respectively. This work has provided valuable insights for designing MXene-based adsorbents for uranium extraction from natural water.
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