Angew:离子共价有机框架高效吸附金!

文摘   2024-10-11 00:00   北京  


(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

第一作者:Jie Zhao

通讯作者:王世涛

通讯单位:北京化工大学

DOI:10.1002/anie.202414366

      工业产生的现有电子废物(电子废物)和浸出液积累了大量的黄金(Au),甚至超过了天然矿物中的黄金。因此,金的回收对化工的潜在可持续性具有重要意义。北京化工大学王世涛等人通过设计离子共价有机框架(COFs),利用阴离子调节策略合成了一系列Ionic-COF-XX=Cl-Br-AcO-SO42-),并进一步探讨了其对金回收率的吸附性能。这些离子COFs都具有超高的金吸附效率和良好的再生性能。此外,阴离子调控确实会影响金的捕获性能。特别是当Cl-作为抗衡阴离子时,Ionic-COF-Cl-Au容量可达到1270.8 mg g-1。此外,在实际CPU浸出液测试,Ionic-COF-Cl-Au3+离子的选择性是Cu2+离子的39000倍和Ni+离子的4600倍,表明Ionic-COF- Cl-是一种很有前途的材料高选择性回收金。DFT计算进一步揭示了抗衡阴离子可以调节离子共价有机框架对Au的吸附亲和力。简而言之,这项工作提供了一种有用的阴离子调控策略,为设计离子COFs作为一个有前途的金选择性回收平台。
图 1 Ionic-COF 合成及结构示意图。(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

图 2. Ionic-COF-Cl-的表征。(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

图 3. 阴离子交换后 Ionic-COF-X(X= Cl、Br、AcO、SO4)的表征。(a)Ionic-COF-X 的 XRD 图案。(b)Ionic-COF-Br 中的 Br 和 Ionic-COF-SO4 中的 S 的 TEM 图像和元素映射图像。(c)N2 吸附等温线。(d)孔径分布。(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

图 4. Ionic COF 的吸附特性。(a) [AuCl4]- 在 Ionic-COF-X (X= Cl、Br、AcO、SO4) 上的吸附等温线,初始浓度范围为 200-900 ppm。(b) [AuCl4]- 在 Ionic-COF-Cl 上的动力学吸附,初始浓度为 140 ppm。(c) 存在各种干扰金属离子 (100 ppm) 时 Ionic-COF-Cl 的 [AuCl4] - 去除效率。(d) Ionic-COF-Cl 10 个循环的 [AuCl4]- (30 ppm) 去除效率。误差线表示平均值的标准误差。(e) Ionic-COF-Cl 在从废弃 CPU 中回收金的实际应用。(f) Ionic-COF-Cl 在浸出溶液中对金属的吸附效率。(图片来源:Angew. Chem. Int. Ed.)

图 5. 机理研究。(a) Ionic-COF-Cl 和 Ionic COF-Cl@Au 的 XRD 图案(捕获 Au 之后)。(b) Ionic-COF-Cl@Au 的 TEM 图像。(c) 吸附 Au 之后 Ionic-COF-Cl 的 Au 4f 的 XPS 光谱。(d) 吸附 Au3+ 之前和之后 Ionic-COF-Cl 的 N 1s 的 XPS 光谱。

图6. 理论计算。(a)Ionic-COFs骨架中潜在质子化位点示意图。(b)不同吸附位点(1~9位点)的质子化吸附能图。红色柱代表H+离子最稳定的吸附位点。(c)Ionic-COFs中Au吸附位点示意图。棕色原子代表反阴离子(Cl- 、Br- 、AcO- 或SO4 2- )。(d)Ionic-COF X的Au吸附自由能图。





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