Effektiv fjernelse af radionuklider U(VI) ved hjælp af stavlignende metalorganiske strukturer (MOF-5) nanomaterialer

Da radionuklidet 235U(VI) uundgåeligt frigives til det naturlige miljø, dets potentielle toksicitet og irreversibilitet har gjort det til et stort forureningsproblem i atomenergiproduktion. En nylig undersøgelse afslørede, at et stavlignende metal-organisk rammeværk (MOF-5) nanomateriale blev brugt som en højeffektiv adsorbent til sorption af U(VI), hvilket indikerer, at MOF-5 kan bruges til hurtig og effektiv fjernelse af radionuklider.

Papiret, rapporteret i Videnskabsbulletin , har titlen "Syntese af nyt stavlignende metal-organisk rammeværk (MOF-5) nanomateriale til effektiv fjernelse af U(VI):batcheksperimenter og spektroskopiundersøgelse." Forfatterne syntetiserede et stavlignende metal-organisk rammeværk (MOF-5) nanomateriale via solvotermisk metode, og brugte det til effektiv sorption af U(VI) i en vandig opløsning. De batch-eksperimentelle resultater viste, at den dominerende interaktionsmekanisme var den indre sfæreoverfladekompleksering og elektrostatisk interaktion. Den maksimale sorptionskapacitet af U(VI) på MOF-5 var 237,0 mg/g ved pH =5,0 og T =298 K, og sorptionsligevægten blev nået inden for fem minutter. De termodynamiske parametre indikerede, at fjernelsen af ​​U(VI) på MOF-5 var en spontan og endoterm proces. Derudover FT-IR og XPS analyserne antydede, at den høje sorptionskapacitet af U(VI) på MOF-5 hovedsagelig skyldtes dets rigelige oxygenholdige funktionelle grupper (dvs. C-O og C=O).

Metal-organiske rammer (MOF'er) er en klasse af krystallinske porøse materialer, der består af metalknuder (dvs. metalioner eller klynger) og organiske linkere forbundet via koordinationsbindinger. MOF'er er blandt de mest undersøgte materialer i det 21. århundrede, på grund af deres strukturelle tilpasning, kontrolleret porøsitet, og høj krystallinitet. Udbredte metalioner til konstruktion af MOF'er omfatter Fe(III), Cu(II), Ca(II), Al(III), Mg(II), Zn(II), Cd(II), Co(II), Zr(IV), Ln(III), og Ti(III), som kan anvende forskellige koordinationsgeometrier, såsom trigonal bipyramidal, pyramideformet, firkant, tetraedrisk og oktaedrisk. Strategier til fremstilling af MOF'er kan opdeles i to kategorier:(I) direkte ikke-vandig eller vandig syntese og (II) blandet ikke-vandig eller vandig syntese. Udbredte syntesemetoder omfatter solvotermiske, hydrotermisk, mekanisk-kemiske, lag for lag vækst, ultralyd, elektrokemisk, mikrobølge- og high-throughput syntese.

Siden opdagelsen af ​​MOF'er i 1995, de er blevet anvendt inden for sorption, gas lager, adskillelse, katalyse, sansning og biomedicin. For nylig, mange slags MOF-baserede materialer (f.eks. SCU-100 og UiO-66-AO) er blevet syntetiseret med succes og vist hurtig U(VI)-fjernelse (inden for 10 minutter) end andre forurenende stoffer. Indtil nu, omkring 20 MOF-materialer er blevet påført til sekvestrering U(VI). Imidlertid, få artikler har behandlet undersøgelsen af ​​MOF-5-materiale til U(VI)-fjernelse, især interaktionsmekanismen.

I dette studie, en solvotermisk metode blev med succes brugt til at syntetisere en MOF-5 prøve og fjerne U(VI) fra radioaktivt spildevand. Morfologierne og mikrostrukturerne af MOF-5 blev karakteriseret ved SEM, TEM, FT-IR, XRD og XPS. Batchforsøgene blev udført som en funktion af kontakttid, U(VI) koncentration, temperatur, pH og ionstyrke. Desuden, interaktionsmekanismen mellem U(VI) og MOF-5 blev evalueret ud fra de eksperimentelle resultater og spektroskopi karakterisering. Dette papir fremhævede anvendelsen af ​​MOF-5 som en overlegen kandidat til U(VI) berigelse, som gav et nyt materiale til fjernelse af radionuklider fra vandige opløsninger og afhjælpning af miljøforureningstrykket.