ZIF의 흡착력 강화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12250(2023) 이 기사 인용

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화학전제(CWA)를 포함한 독성 화학물질을 흡착을 통해 환경으로부터 효과적으로 분리하는 것은 이러한 화학물질이 인간과 생태계에 심각한 위협을 가하기 때문에 매우 중요합니다. 이를 위해 CWA 제거를 위한 효과적인 다공성 흡착제의 개발이 상당한 관심을 받아왔습니다. 효과적인 흡착제를 개발하려면 흡착제와 CWA 사이의 구체적인 상호 작용을 이해하는 것이 선행되어야 합니다. 본 논문에서는 다공성 ZIF-8의 흡착능력과 형태적, 표면적 특성 사이의 관계를 보고한다. 서로 다른 형태(예: 입방체, 마름모십이면체, 잎 모양 및 판 모양 샘플)를 갖는 4가지 유형의 ZIF-8을 선택적으로 준비했습니다. 네 가지 유형의 ZIF-8은 표면에 서로 다르게 노출된 구성 요소와 추가로 통합된 구성 요소로 인해 서로 다른 표면 전하를 갖는 것으로 밝혀졌습니다. ZIF-8의 비표면 전하는 2-클로로에틸 에틸 설파이드(CEES) 및 디메틸 메틸 포스포네이트(DMMP)와 같은 CWA 모의물질에 대한 흡착 용량과 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 4개의 ZIF-8 샘플 중에서 표면 전하가 가장 높은 큐빅 ZIF-8은 효과적인 극성 상호 작용을 통해 CEES 및 DMMP에 대해 가장 높은 흡착 용량을 나타냈습니다. 더욱이 ZIF-8은 흡착 능력을 잃지 않고 중요한 형태적 또는 구조적 변화 없이 우수한 재활용성을 나타냈습니다.

화학전제(CWA)는 인간에게 장기적으로 심각한 피해를 입히는 독성이 강한 물질입니다1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16, 17. 사린 및 GB로 알려진 이소프로필 메틸포스포노플루오리데이트는 아세틸콜린에스테라제를 억제하고 기질과의 화학적, 물리적 상호작용을 통해 근육 수축 및 질식을 유발하는 독성이 매우 강한 G형 유기인 신경제입니다1,2,3,4,5,6,7. 유황 머스타드 및 HD로 알려진 비스-(2-클로로에틸) 황화물은 노출된 피부와 조직을 손상시키는 수포 작용제입니다6,7,8. 매우 위험한 CWA로부터 인간을 보호하려는 국제 사회의 강한 의지에도 불구하고, 군사 활동, 무력 충돌 또는 테러 공격에서 CWA를 사용하는 일은 여전히 ​​발생하고 있으며, CWA의 위험한 영향을 완화하기 위한 전략이 개발되어야 합니다. 이러한 맥락에서 CWA의 효과적인 흡착, 제거 및 해독은 매우 중요합니다1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 . 특히, 인간의 안전을 위해 CWA를 효율적으로 흡착하기 위한 흡착 다공성 물질의 개발이 시급히 필요합니다. 현재 다공성 탄소, 제올라이트 및 금속-유기 구조(MOF)는 CWA3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15의 효과적인 흡착에 큰 잠재력을 보여주었습니다. 2-클로로에틸 에틸 설파이드(CEES) 및 디메틸 메틸 포스포네이트(DMMP)와 같이 CWA와 기능이 유사하지만 독성이 낮아 실험실에서 취급하기 편리한 모조품이 이 연구의 CWA 대체품으로 간주됩니다.

여러 다공성 재료 중에서 MOF는 높은 표면적, 잘 정의된 기공, 다양한 구조 및 조정 가능한 구성 요소와 같은 몇 가지 매력적인 특성을 갖기 때문에 상대적으로 유리합니다. MOF는 현재 가스 저장, 분리, 흡착, 촉매 및 감지와 같은 많은 실제 응용 분야에 사용됩니다4,5,6,7,8,9,10,11,12, 16,17,18,19,20,21 ,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. MOF4,5,6,7,8,9,10,11,12를 사용하는 CWA 모의약을 포함하여 표적 분자를 흡수하거나 분리하기 위한 수많은 연구가 수행되었습니다. 또한 MOF의 표면 전하 또는 형태가 표적 분자를 흡착하는 데 중요한 요소라는 여러 연구가 수행되었습니다. 많은 MOF 중에서 ZIF-8은 견고한 다공성과 높은 열 및 화학적 안정성으로 인해 적용성이 높은 MOF입니다. 여기에서는 ZIF-8의 형태학적 특징과 특정 표면 전하에 따라 두 가지 중요한 CWA 모의 물질(CEES 및 DMMP)에 대한 다공성 ZIF-8의 흡착 용량을 보고합니다. 형태가 다른 4가지 유형(입방체, 마름모십이면체, 잎 모양 및 판 모양 샘플)을 선택적으로 합성했습니다. 우리는 서로 다른 형태를 가진 네 가지 유형의 ZIF-8이 표면에 다르게 노출된 구성 요소와 추가로 통합된 구성 요소로 인해 서로 다른 표면 전하를 가짐을 발견했습니다. 일반적으로 ZIF-8은 CEES와 DMMP에 대해 다른 다공성 물질에 비해 우수한 흡착능력을 보였다. 특히, 4개의 ZIF-8 샘플 중 가장 높은 양의 표면 전하를 갖는 입방체 ZIF-8은 전자-결합을 통한 모의 물질과 입방체 ZIF-8의 효과적인 극성 상호 작용으로 인해 CEES와 DMMP 모두에 대해 가장 높은 흡착 용량을 나타냈습니다. CWA 시뮬런트 내에 풍부한 부분이 있습니다. 또한, 중요한 형태적, 구조적 변화 없이 CEES 흡착을 위한 ZIF-8의 우수한 재활용성이 검증되었습니다.