Prussian blue functionalized MIL-101(Cr)-SO3H for Cs+ ion capture for the management of contaminated water

Abstract

International audienceThis study investigates the property of Metal-Organic Frameworks (MOFs) grafted with Prussian blue analogs (PBA) for the efficient removal of Cs+ ions from aqueous solutions. MIL-101(Cr)-SO3H-PBA material was synthesized using a two-step process: hydrothermal reaction between monosodium 2-sulfoterephthalic acid (BDC-SO3Na) and chromium oxide (CrO3) to produce MIL-101(Cr)-SO3H, followed by grafting with CuK2[Fe(CN)6] (PBA). Both materials were characterized using XRD, IR, N2 sorption and Raman spectroscopy. The results confirmed the conservation of MOF porosity after functionalization and the successful incorporation of PBA. Batch adsorption experiments were conducted to evaluate Cs+ removal performance of the adsorbents. The study examined contact time (up to 1440 min), pH (2, 7 and 11), initial Cs+ concentration (from 9 ppb to 1800 ppm) and competing ions. The resistance of the porous solids under drastic conditions involving gamma radiation (from 0.5 MGy up to10 MGy) was also investigated.MIL-101(Cr)-SO3H-PBA exhibited a maximum Cs⁺ adsorption capacity of 242 mg.gMOF-1, compared to 161 mg.gMOF-1 for pristine MIL-101(Cr)-SO3H and showed high selectivity toward Cs+ in the presence of competing ions (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+). MI-101(Cr)-SO3H-PBA also demonstrates remarkable stability under radiation and alkaline conditions, maintaining 95% efficiency, whereas the performance of pristine MIL-101(Cr)-SO3H material decreased significantly (7.5-fold decrease).Cette étude examine les propriétés des structures métal-organiques (MOF) greffées avec des analogues du bleu de Prusse (PBA) pour l'élimination efficace des ions Cs+ des solutions aqueuses. Le matériau MIL-101(Cr)-SO3H-PBA a été synthétisé selon un procédé en deux étapes : réaction hydrothermale entre l'acide 2-sulfotéréphtalique monosodique (BDC-SO3Na) et l'oxyde de chrome (CrO3) pour produire du MIL-101(Cr)-SO3H, suivie d'un greffage avec du CuK2[Fe(CN)6] (PBA). Les deux matériaux ont été caractérisés par DRX, IR, sorption de N2 et spectroscopie Raman. Les résultats ont confirmé la conservation de la porosité des MOF après fonctionnalisation et l'incorporation réussie du PBA. Des expériences d'adsorption par lots ont été menées pour évaluer les performances d'élimination du Cs+ des adsorbants. L'étude a examiné le temps de contact (jusqu'à 1 440 min), le pH (2, 7 et 11), la concentration initiale en Cs+ (de 9 ppb à 1 800 ppm) et les ions concurrents. La résistance des solides poreux à des conditions extrêmes impliquant un rayonnement gamma (de 0,5 MGy à 10 MGy) a également été étudiée.Le MIL-101(Cr)-SO3H-PBA a montré une capacité d'adsorption maximale de Cs+ de 242 mg.gMOF-1, contre 161 mg.gMOF-1 pour le MIL-101(Cr)-SO3H, et a montré une forte sélectivité pour le Cs+ en présence d'ions concurrents (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Sr2+). Le MI-101(Cr)-SO3H-PBA présente également une stabilité remarquable dans des conditions de rayonnement et alcalines, maintenant une efficacité de 95 %, tandis que les performances du matériau MIL-101(Cr)-SO3H ont diminué de manière significative (diminution de 7,5 fois)