Ultrafast Selective Enrichment of Ammonia Nitrogen from Water Using Sulfonated Covalent Organic Frameworks Bearing Single Cu Sites

吸附 化学 氢键 共价键 选择性 离子交换 氮气 化学工程 无机化学 离子 有机化学 分子 催化作用 工程类
作者
Wei Jin,Jing-Lin Liu,Naixian Huang,Zi-Hao Wang,Yunhui Zhang,Yongwu Peng,Chengtao Gong,Yong Sik Ok,Zuxin Xu
出处
期刊:ACS ES&T engineering [American Chemical Society]
卷期号:3 (10): 1511-1520 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsestengg.3c00126
摘要

Abundant and diverse functional groups of adsorbents are essential for their adsorption performances. Herein, we report a strategy to construct highly efficient ammonia nitrogen adsorbents by installing multiple ion-exchange complexation coordination-hydrogen bonding sites onto covalent organic frameworks (COFs). As a proof of concept, we prepared a COF (TpPa-SO3H) via a modified mechanical grinding synthetic method and then obtained a sulfonated COF bearing single Cu sites (TpPa-SO3Cu0.5) by post-loading. Benefiting from the highly exposed active sites and ordered COF channels, TpPa-SO3Cu0.5 exhibited the highest adsorption kinetics among reported ammonia nitrogen adsorbents proven by the highest pseudo-second-order adsorption rate constant (k2) of 8.97 g mg–1 min–1 with its maximum adsorption capacity (30.45 mg N g–1) higher than most adsorbents (<0.001–0.994 g mg–1 min–1 and 0–25 mg N g–1). Furthermore, TpPa-SO3Cu0.5 exhibited excellent adsorption selectivity with its selective coefficient 328 times as high as that of TpPa-SO3H in real water (10 mg N L–1, pH = 10). It also showed good stability and recyclability with a high ammonia recycle ratio (95.1%) after 5 adsorption–regeneration cycles. These findings pave a new way to develop unique COFs as platforms for ultrafast and selective pollutants in water and wastewater treatment.
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