Повышенная адсорбционная способность ЗИФ

Jul 31, 2023

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 12250 (2023) Цитировать эту статью

1250 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Эффективное отделение токсичных химикатов, в том числе боевых отравляющих веществ (ОВХ), из окружающей среды посредством адсорбции имеет большое значение, поскольку такие химикаты представляют значительную угрозу для человека и экосистем. В связи с этим значительное внимание уделяется разработке эффективных пористых адсорбентов для удаления ХВА. Понимание особенностей взаимодействия между адсорбентами и ХВА должно предшествовать разработке эффективных адсорбентов. В настоящей работе сообщается о связи адсорбционной способности пористого ЗИФ-8 с его морфологическими и поверхностными характеристиками. Выборочно были приготовлены четыре типа ЗИФ-8, имеющие различную морфологию (например, кубический, ромбический додекаэдр, листовидную и пластинчатую формы). Было обнаружено, что четыре типа ЗИФ-8 имеют разные поверхностные заряды из-за неодинаковых открытых компонентов на поверхностях и дополнительных включенных компонентов. Было обнаружено, что удельные поверхностные заряды ZIF-8 тесно связаны с их адсорбционной способностью в отношении имитаторов CWA, таких как 2-хлорэтилэтилсульфид (CEES) и диметилметилфосфонат (DMMP). Кубический ЗИФ-8, имеющий наиболее положительный поверхностный заряд среди четырех образцов ЗИФ-8, продемонстрировал самую высокую адсорбционную способность к CEES и DMMP за счет эффективного полярного взаимодействия. Более того, ЗИФ-8 продемонстрировал превосходную пригодность к вторичной переработке без потери своей адсорбционной способности и без критических морфологических или структурных изменений.

Боевые химические отравляющие вещества (БОХВ) представляют собой высокотоксичные вещества, наносящие серьезный долговременный вред человеку1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16, 17. Изопропилметилфосфонофторидат, известный как зарин и ГБ, представляет собой чрезвычайно токсичное фосфорорганическое нервно-паралитическое вещество G-типа, которое ингибирует ацетилхолинэстеразу и вызывает сокращение мышц и удушье в результате химических и физических взаимодействий с субстратами1,2,3,4,5,6,7. Бис-(2-хлорэтил)сульфид, известный как сернистый иприт и HD, является агентом, вызывающим образование волдырей и повреждающим открытые участки кожи и тканей6,7,8. Несмотря на сильное желание международного сообщества защитить людей от особо опасных ХОО, использование ХОО в военной деятельности, вооруженных конфликтах или террористических атаках все еще имеет место, и необходимо разработать стратегии по смягчению их опасного воздействия. В этом контексте большое значение имеет эффективная адсорбция, удаление и детоксикация ХОВ1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 . В частности, для обеспечения безопасности человека необходимо срочно разработать адсорбирующие пористые материалы для эффективной адсорбции ХОВ. В настоящее время пористые угли, цеолиты и металлоорганические каркасы (MOF) продемонстрировали большой потенциал для эффективной адсорбции CWA3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15. Имитаторы с функциональными возможностями, аналогичными CWA, но с меньшей токсичностью и, следовательно, удобными в обращении в лаборатории, такие как 2-хлорэтилэтилсульфид (CEES) и диметилметилфосфонат (DMMP), рассматриваются в качестве заменителей CWA в этом исследовании.

Среди некоторых пористых материалов MOF являются относительно выгодными, поскольку они обладают рядом привлекательных свойств, таких как большая площадь поверхности, четко определенные поры, универсальные структуры и настраиваемые компоненты. MOF в настоящее время используются во многих практических приложениях, таких как хранение газа, разделение, адсорбция, катализ и зондирование4,5,6,7,8,9,10,11,12,16,17,18,19,20,21 ,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. Были проведены многочисленные исследования по поглощению или разделению целевых молекул18,19,20,21,22,23,24,25, включая имитаторы CWA с использованием MOF4,5,6,7,8,9,10,11,12. Кроме того, было проведено несколько исследований, показавших, что поверхностный заряд или морфология MOF является важным фактором в адсорбции целевых молекул34,35,36,37,38,39. Среди многих MOF ZIF-8 является наиболее применимым MOF благодаря своей высокой пористости и высокой термической и химической стабильности40. Здесь мы сообщаем об адсорбционной способности пористого ZIF-8 по отношению к двум критическим имитаторам CWA (CEES и DMMP) в зависимости от морфологических особенностей и удельных поверхностных зарядов ZIF-8. Селективно синтезированы четыре типа ЗИФ-8 различной морфологии (кубический, ромбдодекаэдр, листовидная и пластинчатая формы). Мы обнаружили, что четыре типа ЗИФ-8 с разной морфологией также имели разные поверхностные заряды из-за неодинаковых экспонированных на поверхности компонентов и дополнительно включенных компонентов. В целом ЗИФ-8 показал превосходную адсорбционную способность к CEES и DMMP по сравнению с другими пористыми материалами. В частности, кубический ЗИФ-8 с наибольшим положительным поверхностным зарядом среди четырех образцов ЗИФ-8 демонстрировал самые высокие адсорбционные способности как для КЭЭС, так и для ДММП из-за эффективного полярного взаимодействия кубического ЗИФ-8 с имитаторами посредством электронно-электронного взаимодействия. богатые фрагменты в имитаторах CWA. Кроме того, была подтверждена отличная пригодность ZIF-8 к вторичной переработке для адсорбции CEES без критических морфологических и структурных изменений.