Извлечение ионов тяжелых металлов из водных растворов каркасными сорбентами на основе бензол-1,3,5-трикарбоксилатов (MBTC) и бензол-1,4-дикарбоксилатов (MB DC) различных металлов

Загрязнение почв и водных источников тяжелыми металлами приводит к негативным последствиям для окружающей среды, связанным с нарушением экосистемного равновесия, нанесением вреда для здоровья живых организмов и человека. Для решения этой проблемы были синтезированы металлоорганические каркасные сорбенты, способные эффективно извлекать ионы тяжелых металлов из водных растворов. Изучали закономерности процесса адсорбции ионов кадмия, свинца, меди, кобальта и никеля с использованием синтезированных каркасных сорбентов на основе бензол-1,3,5-трикарбоксилатов (MBTC) и бензол-1,4-дикарбоксилатов (MBDC). Проведенный идентификационный анализ по дифрактограммам порошков CoBTC и NiBTC показал наличие структур [Co₃(BTC)₂·12H₂O] и [Ni₃(BTC)₂·12H₂O]. В отличие от NiBTC дикарбоксилат NiBDC кристаллизуется в триклинной сингонии (пространственная группа P$\overline{1}$, Z = 1) и соответствует кристаллической структуре [Ni₃(OH)₂(BDC)_2·4H₂O], образец соединения CuBTC кристаллизуется в кубической сингонии с пространственной группой Fm$\overline{3}$m (Z = 16) и соответствует кристаллической структуре [Cu₃(BTC)₂·3H₂O], а соединение CuBDC имеет структуру, принадлежащую к моноклинной сингонии. Результаты анализа изотерм низкотемпературной адсорбции азота с использованием синтезированных MOFs позволили определить важные текстурные характеристики сорбентов. Величина удельной поверхности у синтезированных сорбентов, рассчитанная методом Бруннауэра – Эммета – Теллера (БЭТ), варьирует в широких пределах. Для соединений CoBTC и NiBTC она составила соответственно 276,0 и 9,0 м²/г. Отмеченные различия связаны с наличием большого количества микропор у сорбента CoBTC. В большинстве случаев кинетические закономерности процессов адсорбции ионов тяжелых металлов можно описать уравнением псевдовторого порядка. Единственный пример протекания процесса, согласно кинетическому уравнению псевдопервого порядка, – адсорбция ионов меди на сорбенте NiBDC. Ионы кобальта, никеля и меди лучше поглощаются сорбентами, содержащими соответствующие одноименные ионы согласно правилу Панета – Фаянса. Найденная линейная зависимость между сорбционной емкостью и логарифмом отношения радиуса ионов к их электроотрицательности подразумевает, что механизм адсорбции ионов металлов на MOFs определяется физико-химическими свойствами самих ионов. Разработанные металлорганические каркасные соединения могут быть эффективно использованы в технологиях очистки водных ресурсов от токсичных ионов тяжелых металлов.