文摘

有效的策略来处理迫切需要稀土污染由于过度开采的稀土资源。在这项研究中,一种新型uio - 66 - nh的纳米复合材料₂/ CPA-MA指示为UA成功合成,可以同时去除和检测Ce^{4 +}在水里。混合动力由uio 66 - nh -₂和CPA-MA。基于uio - 66 - nh的高吸附性能₂,它可以去除Ce^{4 +}高的吸附能力。此外,它可以改变它的颜色从橄榄色到光明青色取决于吸附Ce^{4 +}浓度,浓度是线性相关的^{4 +}浓度。所以,UA可以用于定性、定量检测Ce^{4 +}通过它的颜色改变。吸附过程的动力学是研究细节。anti-inference能力共存系统的纳米复合材料是仔细评估。结果表明,uio 66 - nh -₂处理Ce / CPA-MA高度潜力^{4 +}由于其bifunctionality污染。

1。介绍

稀土是重要的战略资源,急切地需要在许多现代工业领域。然而,稀土过度开采也带来严重的生态环境问题(1,2),特别是在那些国家储量丰富而相对较低的稀土开采技术。有效的策略来处理稀土污染迫切需要。检测和清除污染[治疗的两个重要方面3,4]。几种技术已经应用于检测稀土元素(REE)的水,包括分光光度法、INAA, MAA, icp, icp - aes、EXAFS。然而,他们中的大多数需要昂贵的仪器和熟练的操作,通常很难在现场使用。删除的REE在水里,吸附是应用最广泛的技术之一,因为它便宜和简单操作5]。

在前面的研究中,检测和删除通常是两个独立的过程,产生的费力的步骤和提高成本。如果这两个函数可以被纳入一个材料和工作同时,治疗效率将是高度增强的。

金属有机框架(mof)是一种新型的材料在最近几年发展迅速。他们被广泛应用于气体存储和分离,污染物迁移和催化6]。uio 66 - nh -₂Zr-based MOF,吸引了越来越多的关注,因为其高稳定性、高吸附能力,容易修改。在这项研究中,uio 66 - nh -₂成立与chlorophosphonazo-MA (CPA-MA)构建一种新型双功能纳米复合材料作为UA表示。CPA-MA是一个典型的光度试剂REE基于其独特的颜色改变属性捕获REE [7]。uio - 66 - nh的化学结构₂S1和CPA-MA所示方案。基于uio - 66 - nh的高吸附性能₂CPA-MA的和独特的颜色变化的属性,该混合UA不仅能有效地吸附稀土元素还可以显著改变其颜色时抓住了某些稀土元素。一定的颜色和不同的色度出现在不同的稀土元素浓度可用于定性、定量检测某些稀土元素。

一个常见的稀土元素Ce^{4 +}被用作模型污染物在这项研究由于其广泛的分布和高期。对Ce UA显示高吸附容量^{4 +}。此外,UA展览两个不同的颜色变化的现象在不同的Ce^{4 +}浓度范围,可用于定性、定量检测Ce^{4 +}甚至通过肉眼在粗糙的水平,同时可以实现精确的测量一个便宜的可见光分光光度计。目前的研究提供了一种新颖有效的方法应对稀土污染。

2。实验

2.1。材料

2-Amino对苯二甲酸(NH)₂bdc)买了从上海Macklin生物科技公司,中国。硫酸铈(Ce₄)₂)是来自上海原液生物科技公司,中国。Chlorophosphonazo-mA (CPA-MA)从化学试剂国药控股有限公司购买中国有限公司。四氯化锆(ZrCl₄从东莞Waxi化学公司购买,中国。其他化学物质都是商业。所有的材料都是直接使用前未经纯化分析级。

2.2。实验

2.2.1。uio - 66 - nh的准备₂

在一个典型的准备,0.2332 g ZrCl₄(1.0更易)和0.1812 g 2-NH₂-benzenedicarboxylate(1.0更易)溶解在50毫升N, N-dimethyl甲酰胺(DMF)和磁搅拌30分钟来产生均匀分散。然后,混合物放入100毫升Teflon-lined不锈钢高压釜。这是反应在393 K 48 h。在空气中冷却到室温后,黄色粉末是由离心从混合物中恢复过来,然后用DMF和无水乙醇清洗几轮。最后,粉干在353 K 12 h uio - 66 - nh₂。

2.2.2。uio - 66 - nh的综合₂/ CPA-MA

uio - 66 - nh的混合₂/ CPA-MA合成了以下过程:10毫克CPA-MA溶解在40毫升无水乙醇清洁解决方案。40毫克uio 66 - nh -₂添加和分布式。之后,悬挂在180 rpm振实12 h在303 K。最后,粉末回收、清洗和干燥得到uio - 66 - nh的复合₂/ CPA-MA。uio - 66 - nh的合成过程₂S1 / CPA-MA所示方案。纳米复合材料是UA的表达式表示为方便。

2.2.3。描述

x射线粉末衍射仪(铜Ka、Rigaku III / B max)被用来测试样品。傅里叶变换红外(ir)光谱调查αt的样品进行了红外光谱(力量、德国)和测试范围被设置为从4000年到400厘米¹。扫描电子显微镜(SEM)想象的样品记录由范广达200 f扫描电镜。颜色改变后的复合Ce^{4 +}加载被肉眼发现定性和定量衡量固态可见分光光度计(AvaSpec,中国)。

2.2.4。测量和删除Ce^{4 +}

Ce^{4 +}可以直观地检测并同时被UA纳米复合材料。5毫克UA纳米复合材料放入10毫升的解决方案包含不同初始浓度的Ce^{4 +}(从10到300 mg / L)。悬浮液是振实180 rpm 12 h 298 K。在那之后,复合被过滤收集。确定吸附Ce^{4 +}公元,残留^{4 +}浓度是衡量CPA-MA根据以前的报告(5,6),吸附Ce^{4 +}可以通过计算原始图像和残留浓度之间的区别。肉眼和固态可见分光光度计是用于定性和定量调查公元混合后的颜色变化^{4 +}装载。

2.2.5。动力学分析

动力学分析,研究了在298 K吸附剂剂量为0.5 g / L。UA纳米复合材料被添加到100 mg / L Ce^{4 +}解决方案。的混合物在180 rpm振实。在不同的时间间隔,混合采样来确定相关的Ce^{4 +}浓度。

2.2.6款。共存离子的影响调查

共存离子的影响(毫克^{2 +}、铜^{2 +}和锌^{2 +})向^{4 +}吸附在298 K进行了研究。最初的Ce^{4 +}浓度为100 mg / L,而共存离子浓度被设置为0,100,150,200,250,和300 mg / L,分别。298 K的混合物在180 rpm振实12 h。吸附剂剂量为0.5 g / L。

3所示。结果与讨论

x射线衍射模式的原始uio - 66 - nh₂和UA复合图表示1(一)。原始uio - 66 nh₂展品特征峰在7.3°,8.3°,和25.6°符合早期的报告中,显示uio - 66 - nh的成功合成₂和其高结晶8]。这些特征峰也出现在UA的XRD模式组合,显示晶体uio - 66 - nh的存在₂UA纳米复合材料。

傅立叶变换红外光谱的uio 66 - nh -₂和UA是显示在图1 (b)。uio - 66 - nh₂,在1420年达到顶峰,1580厘米¹被归因于碳碳振动模式,在羧化物切断键,分别(9]。1258厘米¹是归因于芳香胺的氮拉伸10]。吸附乐队在764厘米¹被归结为N−H摇摆振动(9]。乐队位于3475和3352厘米¹被指定的非对称和对称振动氮氢键在NH吗₂分别为(11- - - - - -13]。这些乐队与早期文献一致性特点,证实了uio - 66 - nh的成功合成_2。CPA-MA,乐队1676厘米¹是归因于C = O的拉伸14]。它可以发现uio - 66 - nh的典型的乐队₂和CPA-MA出现在UA的光谱,表明uio - 66 - nh的好公司₂CPA-MA,此外,山峰NH有关₂uio - 66 - nh₂(3475和3352厘米¹)和峰值的C = O CPA-MA(1676厘米¹)都显著削弱UA的光谱,表明北半球₂组织uio 66 - nh -₂与C = O团体凝聚在CPA-MA形成UA的复合。

如数据所示1 (c)- - - - - -1 (e)、SEM和TEM想象表明,UA纳米复合材料表现出形态的多维数据集的大小约60 - 80 nm。UA进一步的化学成分决定的映射和EDX分析(数据1 (f)和1 (g))。可以看出的元素锆、N, C, Cl, O, P和S存在,均匀分配在UA复合。这些结果证实了uio 66 - nh -₂成功与CPA-MA合并形成UA的复合。

吸附剂用量对Ce的影响进行调查^{4 +}捕获、剂量的UA组从0.5到2 g / L,表示在图和相关的吸附能力S1。作为一个可以看到最高的单位吸附能力出现在剂量为0.5 g / L,所以0.5 g / L确定最佳剂量。UA吸附的动力学过程^{4 +}研究了(图S2(a))。结果表明,吸附过程更最好pseudosecond-order动力学模型(图所描述的S2(b)、(c)和表S1)。UA的吸附能力相对于其他之前报道Ce^{4 +}吸附剂,结果如表所示S2,表明它跻身前Ce^{4 +}吸附剂。

为了测试UA对Ce的反应^{4 +},进行了吸附与Ce^{4 +}浓度,和相关的漫反射光谱反射可见光分光光度计记录。结果表明,与捕获Ce吸附剂可以改变它的颜色^{4 +}离子与不同浓度。原油UA是草绿色的颜色。在公元测试^{4 +}浓度范围,Ce^{4 +}负载UA显示青色光,和UA的浓度与Ce的增加减少^{4 +}(插入图集中2(一个)可以作证),强度降低 增加了Ce^{4 +}浓度(Figure2 (a))。此外,随着情节Ce^{4 +}浓度和强度值在454海里,它可以发现,强度变化与Ce的线性关系^{4 +}浓度,如图2 (b)。高、( )值0.9700展览高线性相关,表明Ce^{4 +}可以测量浓度UA的浓度变化。

检测的局限性(LOD) 3.24 mg / L,可计算如下: 在哪里指的是空白,获得的标准偏差指的斜率线性范围的标定图。

以研究抗干扰能力,UA对Ce的吸附能力^{4 +}测试与几个共存离子(毫克^{2 +}、锌^{2 +},铜^{2 +})。在实验中,100 mg / L Ce^{4 +}是搭配0,100,150,200,250,或300 mg / L竞争离子分别。图中可以看到3(一个)竞争离子的存在会影响吸附的Ce^{4 +}在纳米复合材料在不同的层面上,这取决于物种。铜^{2 +}显示了竞争力,和纳米复合材料去除率可以保留~ 87%。在锌的存在^{2 +}最具竞争力的,纳米复合材料去除率可以保留~ 80%。这些结果表明,UA吸附Ce具有相对较高的抗干扰能力^{4 +}。

原油UA是草绿色。当UA捕获10 mg / L Ce^{4 +},它的颜色是浅绿色的迅速变化秒。当UA被添加到解决方案包含其他金属离子如毫克^{2 +}、锌^{2 +},铜^{2 +},甚至他们的浓度是Ce的30倍^{4 +},他们不能改变UA的颜色。结果如图所示3 (b),这表明Ce^{4 +}可以通过肉眼甚至定性检测根据UA的颜色。

4所示。结论

总之,UA的新型纳米复合材料是本研究成功地准备。它不仅可以有效地去除Ce^{4 +}吸附,但也可以定性和特征测量Ce^{4 +}。此外,Ce^{4 +}离子可以检测到UA的LOD 3.24 mg / L。UA具有很高的抗干扰能力。几个相互竞争的金属离子可以与Ce共存^{4 +}也不会影响其吸附和检测能力。UA的新型纳米复合材料可以快速去除有害Ce^{4 +}离子和视觉上可以同时检测Ce^{4 +}。它是一个高度潜在多功能吸附剂有效地处理稀土含有水。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

这个手稿已经预印本的职务https://www.researchsquare.com/article/rs-779280/v1已经(15]。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

我们感谢中国国家自然科学基金委的支持(51978323,51978323),江西省重点研发项目(20203 bbgl73229)和研究生的研究和创新基金的南昌香港大学(yc2020 - 009)。

补充材料

(1)吸附剂用量对吸附容量的影响。(2)对Ce UA对苯酚的吸附能力^{4 +}在不同的时间间隔进行了测试。(3)符合一级动力学和pseudo-second-order动力学模型被用来描述吸附过程。(4)比较Ce^{4 +}吸附容量( )UA之间和其他之前报道的吸附剂。(补充材料)