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Efficient recovery of phosphate by La-MOFs: An excellent adsorption performance and mechanism
la - mof高效回收磷酸盐:优异的吸附性能和机理
研究背景
自然界中存在许多对生物体发育至关重要的营养素，包括磷酸盐，这对脊椎动物骨骼和牙齿的形成至关重要。然而，过度使用含磷酸盐的洗涤剂、在农业种植中过度施用磷肥以及工业生产中排放含磷酸盐的废水都会导致环境中的磷酸盐超载，从而导致富营养化和生态平衡的破坏。因此，为了缓解富营养化并保持水生态系统的稳定性，选择适当的磷酸盐去除方法来控制水体中的磷酸盐浓度变得越来越重要。
研究方法
金属有机骨架（MOFs）由金属离子和有机配体组成，因其高比表面积、多孔性、优异的吸附性能和多官能团，一直被视为污染物去除领域的高效吸附剂。由于MOF的结构是可设计和多样化的，因此可以根据需求设计具有不同微观结构和性能的MOF。镧和铈等稀土金属因其独特的化学性质而对环境中存在的各种阴离子污染物具有很高的亲和力。镧是一种储量和资源丰富的稀土金属，对离子形式的磷酸盐具有很强的吸引力；因此，镧基MOF（La-MOF）是众多表现出优异稳定性和强大吸附特性的MOF之一。本文利用水热合成将La与二甲基咪唑结合并反应，形成La-MOF，以构建含有La的特定分级结构，增加La金属活性位点与磷酸盐的结合，并分析了潜在的去除机制。研究了吸附性能与溶液pH值、磷酸盐初始浓度和共存离子的关系。
结果解析
图1. La-,MOFs的制备和磷酸盐去除方案。
图2. 各种因素对磷酸盐去除的影响：（a）初始磷酸盐浓度（C0）；（b–c）溶液pH值和零点电荷（pHzpc）；（d） 共存离子浓度。
图3. （a） 磷酸盐去除时间的影响；分子动力学模型：（b）伪一阶模型；（c） 伪二阶模型；（d） 粒子内扩散模型。
图7.（a–b）SEM图像和（c–g）La-MOF吸附剂的EDS分析。
结论与展望
本研究通过溶剂热方法制备了La-MOF，并评估了它们在去除水中过量磷酸盐方面的适用性。磷酸盐吸附实验证明了La-MOFs的优异性能，pH值会影响吸附效率。特别是，在酸性条件下吸附效果优越，在pH 4时达到最大值。干扰试验表明，除了F-和SO42-外，向溶液中添加离子对磷酸盐去除的影响可以忽略不计。动力学和热力学分析与Langmuir和准二次动力学模型一致，显示最大磷酸盐吸附容量为73.69mg g-1。热重分析表明，La MOFs吸附剂具有良好的热稳定性。最后，膦酸盐的去除机制是静电吸引和配体交换。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2023.12.014
期刊简介
Progress in Natural Science: Materials International(PNSMI)由中国材料研究学会主办，是一本综合类英文SCI学术期刊，刊登材料科学领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果。
2022年最新影响因子4.8，分区为中科院材料科学二区。入选2019年中国科技期刊卓越行动计划，2022、2023连续两年获评中国最具国际影响力学术期刊。
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