ZIFの吸着能力強化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12250 (2023) この記事を引用

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化学兵器（CWA）を含む有毒化学物質を吸着によって環境から効果的に分離することは、そのような化学物質が人間や生態系に重大な脅威をもたらすため、非常に重要です。 この目的を達成するために、CWA 除去に効果的な多孔質吸着剤の開発が大きな注目を集めています。 効果的な吸着剤を開発するには、吸着剤と CWA の間の特異的な相互作用を理解することが先決です。 ここでは、多孔質 ZIF-8 の吸着能力とその形態学的および表面特性との関係を報告します。 ZIF-8は、立方体、菱形12面体、葉状、板状など形態の異なる4種類を選択して調製しました。 4 種類の ZIF-8 は、表面に異なる露出成分と追加的に組み込まれた成分により、異なる表面電荷を有することが判明しました。 ZIF-8 の比表面電荷は、2-クロロエチルエチルスルフィド (CEES) やジメチルメチルホスホネート (DMMP) などの CWA 模擬物質に対する吸着能力と密接に関連していることが判明しました。 4 つの ZIF-8 サンプルの中で最も正の表面電荷を持つ立方晶系 ZIF-8 は、効果的な極性相互作用を介して CEES および DMMP に対して最も高い吸着能力を示しました。 さらに、ZIF-8 は、吸着能力を失うことなく、また重大な形態学的または構造的変化もなく、優れたリサイクル性を示しました。

化学兵器 (CWA) は、人体に長期にわたる重大な被害を引き起こす非常に有毒な物質です1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、 17. サリンおよび GB として知られるメチルホスホノフルオリド イソプロピルは、アセチルコリンエステラーゼを阻害し、基質との化学的および物理的相互作用を通じて筋肉の収縮と窒息を引き起こす極めて有毒な G 型有機リン神経剤です 1、2、3、4、5、6、7。 硫黄マスタードおよび HD として知られる硫化ビス (2-クロロエチル) は、露出した皮膚や組織に損傷を与える水疱形成剤です6、7、8。 非常に危険なCWAから人類を守るという国際社会の強い意志にもかかわらず、軍事活動、武力紛争、またはテロ攻撃におけるCWAの使用は依然として発生しており、その危険な影響を軽減する戦略を開発する必要があります。 これに関連して、CWA の効果的な吸着、除去、解毒は非常に重要です 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 。 特に、人間の安全を確保するためには、CWAを効率的に吸着するための吸着性多孔質材料の開発が急務である。 現在、多孔質炭素、ゼオライト、および有機金属フレームワーク (MOF) は、CWA を効果的に吸着する大きな可能性を示しています 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。 2-クロロエチルエチルスルフィド (CEES) やジメチルメチルホスホネート (DMMP) など、CWA と同様の機能を持ちながら毒性が低く、実験室での取り扱いに便利な類似物質が、この研究の CWA 代替物質として考慮されています。

数ある多孔質材料の中でも、MOF は高い表面積、明確な細孔、多用途な構造、調整可能なコンポーネントなどのいくつかの魅力的な特性を備えているため、比較的有益です。 MOF は現在、ガス貯蔵、分離、吸着、触媒作用、センシングなどの多くの実用的な用途に使用されています4、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。 MOF 4、5、6、7、8、9、10、11、12 を使用する CWA 模擬物質を含む、標的分子を吸収または分離するために数多くの研究が行われています 18、19、20、21、22、23、24、25。 さらに、MOF の表面電荷または形態が標的分子の吸着に重要な要素であるといういくつかの研究が行われています 34、35、36、37、38、39。 多くの MOF の中でも、ZIF-8 は、その堅牢な多孔性と高い熱的安定性および化学的安定性により、非常に応用可能な MOF です40。 ここでは、ZIF-8の形態的特徴と比表面電荷に応じて、2つの重要なCWA模擬物質（CEESおよびDMMP）に対する多孔質ZIF-8の吸着容量を報告します。 形態の異なる 4 種類の ZIF-8 (立方体、菱形 12 面体、葉状および板状のサンプル) を選択的に合成しました。 形態の異なる 4 種類の ZIF-8 は、表面に露出した成分や追加で組み込まれた成分が異なるため、表面電荷も異なることがわかりました。 一般に、ZIF-8 は他の多孔質材料と比較して、CEES および DMMP に対して優れた吸着能力を示しました。 特に、4 つの ZIF-8 サンプルの中で最も高い正の表面電荷を持つ立方体 ZIF-8 は、立方体 ZIF-8 と模擬体との電子結合を介した効果的な極性相互作用により、CEES と DMMP の両方に対して最も高い吸着容量を示しました。 CWA 類似体内の豊富な部分。 さらに、CEES 吸着に対する ZIF-8 の優れたリサイクル性が、重大な形態学的および構造的変化を伴わないことが検証されました。