厦门大学彭丽/李军团队：超临界二氧化碳构筑MOF-聚合物复合材料捕获水体中的银

果壳硬科技 2023-10-09 14:01

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研究团队 | 作者

酥鱼 | 编辑

电子废弃物被认为是非常具备开发潜力的“城市矿藏”，是“放错地方的资源”。随着电子废弃物的大量累积和对稀有金属需求的不断增加，寻找能够从废弃物中提取金、银等目标金属的技术逐渐吸引了人们的关注。与此同时，从大量的城市废弃垃圾中选择性回收有价值金属和矿产品也具有极高的经济效益和社会效益。一般来说，从废弃物中提取金属包括浸出，选择性捕获及还原等步骤。因此，如何构筑新颖的材料从复杂水体基质中快速、高效地选择性捕获贵金属如银等对实现上述目标显得尤为重要。

近日，厦门大学彭丽副教授/杨述良副教授/李军教授和洛桑联邦理工大学Wendy L. Queen教授团队在Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Rapid, Selective Extraction of Silver from Complex Water Matrices with a Metal-Organic Framework/Oligomer Composite Constructed via Supercritical CO₂”的文章。该论文报道了一种可控的绿色工艺：以超临界二氧化碳（ScCO₂）为介质，制备了一种孔道丰富的金属-有机框架（MOF）/低聚物复合材料，MIL-127-聚邻苯二胺（PoPD）。该材料可用于从包括河水、海水、废定影液和电子垃圾浸出液等几种液体基质中快速、选择性地提取银，且吸附后的材料可直接应用于高效抗菌。

论文截图

图1. MIL-127/PoPD合成及吸附示意图

解决微孔复合材料制备难题

由于零表面张力、低粘度和强渗透性，ScCO₂可以很容易地以最小的扩散阻力渗透到MIL-127的微孔中，有助于维持单体/低聚物的高溶解度，从而可以使这些物种在MOF孔道中更均匀高效地分散。与采用传统浸渍策略制备的MIL-127/PoPD复合材料相比，引入ScCO₂后，低聚物负载量大大提高，且合成更加容易控制。因此这种新的ScCO₂辅助方法可以在MOF/低聚物复合材料合成中发挥独特的作用。

图2. 超临界二氧化碳制备复合材料示意图

选择性捕获水体中的银

通过该方法制备的MIL-127/PoPD具有优异的Ag⁺吸附能力（560 mg/g），高Ag⁺去除率（ 5分钟内捕获超过99% Ag⁺），同时具有高选择性，长期稳定性和循环吸附能力。此外，MIL-127/PoPD可以从包括河水、海水、废定影夜和电子垃圾浸出液等几种液体中快速、选择性地提取银。值得一提的是，这种复合材料可以将Ag⁺浓度降低到美国环境保护署制定的排放标准（<0.1 ppm）以下。

图3. 吸附性能测试

通过理论模拟，发现在MOF内部存在空间有序的聚合物单元，这是复合材料选择性吸附Ag⁺的关键。此外，该材料能够将Ag⁺还原到其金属状态，使吸附后的材料具有抗菌性能。

图4. 吸附机理研究

该复合材料的成功构筑与应用为ScCO₂在MOF-聚合物复合材料的设计提供了新思路。通过对MOF主体和聚合物客体的理性选择，可以调节所得复合材料的结构和性质，使其能够从液体和气体中选择性分离出许多不同的物种。

论文信息

发布期刊德国应用化学 Angewandte Chemie International Edition

发布时间 2023年9月4日

文章标题Rapid, Selective Extraction of Silver from Complex Water Matrices with a Metal-Organic Framework/Oligomer Composite Constructed via Supercritical CO₂

（https://doi.org/10.1002/anie.202309737）

研究团队

（文字请上下滑动查看）

彭丽：厦门大学化学化工学院副教授，特任研究员，博士生导师。2019年入职厦门大学，福建省高层次人才(B类)，厦门市高层次人才(B类)，入选南强青年拔尖人才支持计划，主要研究方向为超临界流体应用、多孔材料的绿色可控制备以及CO₂转化与利用。在Sci. Adv.，Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊上发表论文60余篇，担任 Science Bulletin、科学通报特邀编委。

杨述良：厦门大学能源学院特任研究员。入选厦门大学南强青年拔尖人才支持计划，获得国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（海外）资助。主要研究方向为多孔材料的设计合成、纳米催化、生物质及其复合材料的高效利用。在CCS Chem., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Sci. Adv., Chem. Sci.等期刊上发表论文80余篇，其中第一作者/通讯作者论文30篇。

李军：厦门大学化学化工学院教授，博士生导师。主要从事超临界流体绿色化工过程的基础和应用研究，以超临界流体等介入材料/化学品的合成和分离、反应与分离耦合的过程强化等，并涉及其中的量化计算、分子模拟、过程模拟、过程装备等，开发了多套中试工艺装备/小型工业生产线。在包括Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Adv., Chem. Eng. J., Green Chem.等化学化工期刊上发表论文百余篇, 获授权国际、国家发明专利约50项。目前兼职中国化工学会理事, 福建省化工学会副理事长，《厦门大学学报（自然科学版）》、《化工进展》、《过程工程学报》等期刊编委。曾获厦门市优秀教师、宝钢优秀教师奖。

Wendy L. Queen：洛桑联邦理工学院教授，博士生导师。主要从事配位化学、固态化学及能源化学的基础和应用研究，专注于可持续材料的合成及设计。在Science, Nat. Chem., Sci. Adv., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater等期刊上发表论文百余篇。