ZIF-67衍生中空硫化钴纳米材料高效选择性吸附盐湖卤水中硼酸的研究

为解决盐湖卤水中硼酸（H3BO3）选择性吸附难题，研究人员通过ZIF-67模板硫化法制备了中空Co3S4纳米吸附剂。该材料在复杂高盐环境中展现出283.3 mg·g?1的超高硼吸附容量（较ZIF-67提升7.3倍），其机制涉及静电作用与氢键协同效应，为盐湖硼资源回收提供了新型高效吸附剂设计思路。

　　

盐湖卤水中硼资源的回收是保障战略资源供给的关键，但现有吸附材料普遍面临高盐环境下选择性差、容量低的瓶颈。传统方法如萃取工艺会产生有机污染，而常规吸附剂如层状双氢氧化物（LDHs）或磁性材料存在吸附位点密度不足等问题。针对这一挑战，中国科学院青海盐湖研究所等机构的研究团队创新性地利用金属有机框架材料ZIF-67作为前驱体，通过Kirkendall效应构建中空结构的硫化钴（Co₃S₄-H）纳米吸附剂，相关成果发表于《Desalination》。

研究采用溶热硫化法关键技术，以硫代乙酰胺（TAA）为硫源转化ZIF-67模板，结合X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）确认中空结构形成。通过密度泛函理论（DFT）计算揭示钴原子作为主要活性位点与H₃BO₃的自发反应机制，并采用实际盐湖卤水（如茶卡盐湖、拉果错盐湖）验证吸附性能。

材料表征显示中空结构使比表面积显著增加，Co₃S₄-H的硼吸附容量达283.3 mg·g^?1（pH=5），吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.999）。吸附机理研究表明，Co²⁺的未饱和电子构型与硼酸形成配位键，辅以氢键网络共同实现高选择性。实际应用测试表明，该材料在含Na⁺、Mg²⁺等竞争离子的盐湖卤水中仍保持优异循环稳定性。

该研究首次将ZIF衍生中空材料应用于高盐环境硼吸附，通过原子尺度设计解决了传统材料识别活性与传质效率的矛盾。所提出的"金属活性位点-氢键协同"机制为其他ZIFs衍生吸附剂的设计提供了范式，对实现盐湖资源绿色开发具有重要实践意义。