A novel Ce/Fe bimetallic metal-organic framework with ortho-dodecahedral multilevel structure for enhanced phosphate adsorption

双金属片 十二面体 吸附 磷酸盐 金属 金属有机骨架 无机化学 材料科学 化学工程 化学 结晶学 冶金 物理化学 有机化学 工程类
作者
Zunchang Gao,Yanqing Wei,Xin Tian,Yang Liu,Xin Lan,Dawei Zhang,Shuaiyuan Han,Pengfei Huo
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:486: 150284-150284 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150284
摘要

The synthesis of novel Ce/Fe bimetallic metal–organic frameworks (Ce/FcDA/FA-MOFs) via an innovative hydrothermal method is reported. This method utilizes Ce as the central metal and 1,1′-ferrocene dicarboxylic acid (FcDA) and formic acid (FA) as ligands. Optimization of hydrothermal time, feed ratio, and the addition of FA yielded Ce/FcDA/FA-MOFs with ideal ortho-dodecahedral hierarchical configurations. Comprehensive characterization via FT-IR, XRD, SEM, EDS, XPS, and N2 adsorption/desorption analyses elucidated the influence of FA on morphology and chemical structure. Phosphate adsorption tests on Ce/FcDA/FA-MOFs revealed sustained strong selectivity and adsorption capacity, even in the presence of coexisting anions and variations in pH. Kinetic, thermodynamic, and isothermal simulations indicated spontaneous, efficient, and heat-absorbing phosphate adsorption properties on Ce/FcDA/FA-MOFs. Fitting parameters from the Langmuir adsorption model demonstrated a maximum adsorption capacity of up to 530.25 mg g−1, attributed to physical/chemical adsorption during the reaction. Furthermore, investigation into the adsorption mechanism of Ce/FcDA/FA-MOFs on phosphate through FT-IR, XRD, and XPS analyses of the adsorbed samples revealed a complex process involving the electrostatic mutual attraction of outer-sphere entities and ligand exchange in the inner-sphere. This study advances our understanding of Ce/FcDA/FA-MOFs as effective adsorbents for phosphate and contributes to the development of environmentally sustainable materials with potential applications in water treatment.
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