コバルト-アデニン系金属有機フレームワーク（Bio-MOF-11）へのVOCs吸着に関する知見を得た

Insights into the Adsorption of VOCs on a Cobalt-Adeninate Metal-Organic Framework (Bio-MOF-11).

• Ruofei Chen
• Zhengxin Yao
• Ning Han
• Xiancheng Ma
• Liqing Li
• Shaomin Liu
• Hongqi Sun
• Shaobin Wang

抄録

揮発性有機化合物（VOC）による大気汚染が深刻化する中、VOC除去のための効率的な吸着剤の探索は非常に重要である。本研究では、アデニン系金属有機フレームワークであるバイオMOF-11[Co(ad)(CHCO)-0.3EtOH-0.6HO, ad=アデニン]を簡便な方法で合成し、そのVOC吸着効果を初めて報告しました。この新規バイオMOF-11は、4種類のVOC（メタノール、アセトン、ベンゼン、トルエン）を吸着剤として用いて検討しました。これらのVOCのバイオMOF-11への飽和吸着量は0.73〜3.57mmol/gと推定され、トルエン＜ベンゼン＜アセトン＜メタノールの順であった。さらに、吸着温度を288Kから308Kに上昇させると、飽和吸着能は7.3-35.6%低下した。アセトンの吸着は沸点が低く極性が強いため、温度に最も敏感であることがわかります。一方、モレキュラーシーブ効果により、吸着容量はVOC分子の大きさに負の相関があるように見える。また、バイオMOF-11空洞内には窒素原子やアミノ基が豊富に露出しているため、極性の強いVOC分子の吸着が促進されていることがわかった。本研究は、バイオMOFのVOC吸着除去技術の基礎的な理解と実用化を促進するものである。

With increasingly severe air pollution brought by volatile organic compounds (VOCs), the search for efficient adsorbents toward VOC removal is of great significance. Herein, an adenine-based metal-organic framework, namely, bio-MOF-11 [Co(ad)(CHCO)·0.3EtOH·0.6HO, ad = adeninate], was synthesized via a facile method, and its VOC adsorption was reported for the first time. This novel bio-MOF-11 was investigated by employing four common VOCs (i.e., methanol, acetone, benzene, and toluene) as adsorbates. The saturated adsorption capacity of these targeted VOCs on bio-MOF-11 was estimated to be 0.73-3.57 mmol/g, following the order: toluene < benzene < acetone < methanol. Furthermore, with the adsorption temperature increasing from 288 to 308 K, the saturated adsorption capacity was reduced by 7.3-35.6%. It is worth noting that acetone adsorption is most sensitive to temperature ascribed to its low boiling point and strong polar nature. Meanwhile, owing to the molecular sieve effect, the adsorption capacity appears negatively correlated to the size of VOC molecules. Besides, the abundant exposed nitrogen atoms and amino groups in bio-MOF-11 cavities facilitate the adsorption of polar VOC molecules. This work promotes the fundamental understanding and practical application of bio-MOF for adsorptive removal of VOCs.

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