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盐湖硼吸附材料研究取得进展

2025/11/28

文章导读
你是否想过,盐湖里不起眼的硼元素,竟隐藏着颠覆性材料革命的钥匙?中科院团队突破传统吸附剂瓶颈,成功研发出两种超级硼吸附材料——多元醇功能化中空COF(HSPCOF)和硫化钴纳米颗粒。前者通过独创的侧链工程策略,将吸附容量提升至商用树脂的10倍以上,在真实盐湖卤水中仍保持91.51%的硼捕获率;后者更是实现30分钟极速吸附,283.3mg·g-1的惊人容量刷新行业纪录。揭秘其背后机制:多元醇与硼酸根形成双齿螯合结构,钴原子通过化学键合与氢键协同捕获目标离子。这项发表于《德国应用化学》和《Desalination》的突破性成果,正为盐湖战略资源高效提取开启新纪元。
— 内容由好学术AI分析文章内容生成,仅供参考。

中国科学院青海盐湖研究所等围绕盐湖卤水中硼的高效提取与分离,成功开发出多种具有高吸附容量、优异选择性和良好稳定性的盐湖硼资源吸附分离材料,为实现盐湖硼资源的高效分离提供了潜在新材料与新技术路径。

针对共价有机框架(COFs)类吸附剂在实际合成过程中,易出现COFs堆积无序与功能位点可及性受限等问题,研究团队提出了基于侧链工程的结构重构策略,通过单元锚定多元醇侧链实现功能化,同时依靠该侧链对单元稳定性的提升,实现了COFs晶体有序度的强化。在经稳定化修饰及模板去除后,研究成功获得了具有中空结构与较大比表面积以及多元醇功能化的COF吸附剂(HSPCOF)。

该材料兼具高比表面积、连通孔道与优异的化学稳定性,可在298K下实现150.05mg·g-1的硼吸附容量,是商业树脂MK51的10倍以上。DFT计算表明,多元醇侧链可与硼酸根形成双齿环状酯络合物,从而赋予材料高选择性与强结合能力。在实际盐湖卤水中,HSPCOF仍能表现出优异的稳定性与91.51%的硼去除率,证实了其在复杂体系中的应用潜力。

相关研究成果发表在《德国应用化学》上。

研究团队以ZIF-67为前驱体,通过溶剂热硫化反应成功制备出具有中空结构的Co3S4纳米吸附剂。该材料在硼浓度为200mg·L-1的溶液中吸附容量达到283.3mg·g-1,较ZIF-67提升了7.3倍,且在30分钟内即可达到吸附平衡。

动力学与热力学研究表明,其吸附过程符合Langmuir模型,为自发的单层化学吸附。通过XPS、FT-IR与DFT计算等手段,研究进一步证实材料表面的钴原子为主要吸附位点,化学吸附的主要驱动力为化学键合,同时静电作用与氢键协同实现硼的高效捕获,并在实际盐湖察尔汗、拉果错卤水中表现出良好的选择性吸附能力。

相关研究成果发表在Desalination上。

上述研究工作得到国家自然科学基金等的支持。

论文链接:12

盐湖硼吸附材料研究取得进展

HSPCOF合成路线示意图


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