王双等在《JACS Au》上发表文章：二维阳离子骨架硼铝酸盐高效选择性脱除水体Cr(VI)性能研究

很多污染物是以含氧酸根离子形式存在的，例如：ClO₄^-、AsO₄^3-、TcO₄^-、SeO₃^2-、CrO₄^2-等。Cr(VI)是国际公认致癌物之一，也是最危险的重金属污染物之一，且具有较强的溶解性、流动性、生物毒性、诱变性等特点。由于自然环境中土壤或其他矿物表面一般带负电荷，会与带负电的Cr(VI)产生静电排斥，导致其在水体中具有很强的迁移性，难以被有效捕获。因此，从污染水体中高效脱除Cr(VI)是一项非常具有挑战性的工作。离子交换法具有操作简单、高效、处理深度好、成本低等特点，特别适用于废水中低浓度Cr(VI)的深度脱除。离子交换材料性能是决定离子交换法效率的最主要因素，寻找性能更优、价格低廉的离子交换材料一直是人们关注的热点之一。

在早期的研究中，我们合成了一系列廉价的新型氯化硼铝酸盐晶体材料，命名为BAC系列。其中BAC(10)具有显著的阳离子骨架材料特点。其可以吸附20 wt%左右的水蒸汽，与一般沸石分子筛相当，证明其具有发生吸附过程的通道。TGA-MS和化学滴定法均证明其结构中存在着Cl元素。进一步研究发现其结构中的Cl^-可以与Br^-发生阴离子交换，基于这个现象我们判断其具有阳离子骨架结构特点，Cl^-起着平衡阳离子骨架正电荷的作用。

近期，王双博士等人在《JACS Au》杂志上发表题为“Two-Dimensional Cationic Aluminoborate as a New Paradigm for Highly Selective and Efficient Cr(VI) Capture from Aqueous Solution”的研究工作。首次将具有阳离子骨架特点的硼铝酸盐BAC(10)应用于水体中有害Cr(VI)的高效脱除。并通过连续旋转电子衍射技术成功解析出了吸附Cr(VI)后BAC(10)的晶体结构(H_0.22·Al₂BO_4.3·(HCrO₄)_0.22·2.64H₂O)。晶体学数据表明，二维阳离子骨架BAC(10)由AlO₆八面体、BO₄四面体和BO₃三角形组成。与Cl^-离子交换的部分Cr(VI)位于层间，且与硼铝酸盐骨架发生化学键合。对Cr(VI)吸附实验研究结果表明，BAC(10)在吸附速度和吸附容量上均优于传统的阴离子交换树脂、LDHs和绝大多数阳离子骨架MOFs。由于BAC(10)独特的酸/碱缓冲能力，即使在较宽的pH区间内对Cr(VI)仍保持优良的脱除效率。此外，BAC(10)对低浓度含Cr(VI)溶液具有非常优异的深度脱除性能，可将Cr浓度一次性脱至0.05 mg/L以下，达到WHO饮用水标准。当竞争离子NO₃^-、Br^-、Cl^-、HCO₃^-过量20倍的条件下，对Cr(VI)仍然具有良好的脱除效率。低廉的合成成本、优良的吸附性能、较宽的pH工作区间以及较好的脱除深度使BAC(10)有望被实际应用于Cr(VI)以及其他氧酸根阴离子的脱除。

JACS Au，2022，DOI:doi.org/10.1021/jacsau.2c00284 第一作者：王双、白璞、Magdalena Ola Cichocka通讯作者：于吉红院士、闫文付教授、邹晓东教授。