ジルコニウム金属オーガニックフレームワークUIO-66上の有機微量油剤の吸着挙動：表面相互作用の分析

ここでは、ジルコニウム金属オーガニックフレームワークUIO-66上の抗けいれん性カルバマゼピン（CBZ）や抗生物質テトラサイクリン塩酸塩（TC）などの有機微量油の吸着挙動を研究しました。UIO-66のCBZおよびTCの最大吸着容量は、それぞれ25°Cで37.2および23.1 mg・G-1でした。CBZおよびTCの吸着等温線と速度論は、それぞれLangmuirモデルと擬似秒モデルを使用してよく説明されており、UIO-66の吸着は吸熱反応です。UIO-66のCBZおよびTCの吸着容量は、溶液pHの増加とともに減少しました。フミン酸の存在は、UIO-66でのCBZとTCの吸着を改善する可能性がありますが、K+イオンは明らかに吸着を阻害しました。さらに、Ca2+およびAl3+イオンは、UIO-66でのTCの吸着も抑制しました。競合吸着は、UIO-66のCBZの吸着部位がTCの吸着部位とは異なることを示唆しました。UIO-66と2人の微量クル酸塩との間の表面相互作用は、粉末X線回折、フーリエ変換赤外線（FT-IR）スペクトル、走査型電子顕微鏡、窒素吸着/脱着等温線、X線光電子（XPS）スペクトルによって実証されました。特性は、UIO-66でのCBZの吸着が主に物理吸着であり、CBZの吸着中に疎水性効果が重要な役割を果たすことを示しました。一方、弱いπ-π電子ドナー - 受容体の相互作用と静電引力も存在しました。ただし、UIO-66でのTCの吸着は主に化学吸着です。強い静電引力とπ-π電子ドナーとacceptorの相互作用力に加えて、TCの窒素基が重要な役割を果たし、ZR-Oクラスターと調整されたカルボキシル基を置き換えることができます。得られた結果は、有機微量油とUIO-66の間の表面相互作用を理解し、水から汚染物質を除去するための吸着剤としてのUIO-66の適用を拡大するのに役立ちます。

Herein, we studied the adsorption behaviors of organic micropollutants, such as anticonvulsant carbamazepine (CBZ) and antibiotic tetracycline hydrochloride (TC), on zirconium metal-organic framework UiO-66 in water. The maximum adsorption capacities of CBZ and TC on the UiO-66 were 37.2 and 23.1 mg·g-1 at 25 °C, respectively. The adsorption isotherms and kinetics of CBZ and TC were well described by using the Langmuir model and pseudo-second-order model, respectively, and the adsorptions on UiO-66 are endothermic reactions. The adsorption capacities of CBZ and TC on UiO-66 were decreased with the increase of solution pH. The presence of humic acid could improve the adsorption of CBZ and TC on UiO-66, but K+ ion inhibited their adsorption obviously. In addition, Ca2+ and Al3+ ions also suppressed the adsorption of TC on UiO-66. The competitive adsorption suggested that the adsorption sites for CBZ on UiO-66 were different from those for TC. The surface interactions between UiO-66 and the two micropollutants were demonstrated by powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared (FT-IR) spectra, scanning electron microscopy, nitrogen adsorption/desorption isotherms, and X-ray photoelectron (XPS) spectra. The characterizations showed that the adsorption of CBZ on UiO-66 is mainly a physisorption, and the hydrophobic effect played a crucial role during the adsorption of CBZ; meanwhile weak π-π electron donor-acceptor interaction and electrostatic attraction also existed. However, the adsorption of TC on UiO-66 is mainly a chemisorption; in addition to the strong electrostatic attraction and π-π electron donor-acceptor interaction forces, the nitrogenous groups of TC played an important role, which can replace the carboxylic groups coordinated with Zr-O clusters. The obtained results will aid us to comprehend the surface interaction between organic micropollutants and UiO-66 and expand the application of UiO-66 as sorbent for removal of pollutants from water.