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Isothermal Titration Calorimetry to Explore the Parameter Space of Organophosphorus Agrochemical Adsorption in MOFs
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-07-02 , DOI: 10.1021/jacs.0c04668 Riki J Drout 1 , Satoshi Kato 1 , Haoyuan Chen 2 , Florencia A Son 1 , Ken-Ichi Otake 1 , Timur Islamoglu 1 , Randall Q Snurr 2 , Omar K Farha 1, 2
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2020-07-02 , DOI: 10.1021/jacs.0c04668 Riki J Drout 1 , Satoshi Kato 1 , Haoyuan Chen 2 , Florencia A Son 1 , Ken-Ichi Otake 1 , Timur Islamoglu 1 , Randall Q Snurr 2 , Omar K Farha 1, 2
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The expansion of manufacturing and commercial agriculture alongside rapid globalization have resulted in the widespread contamination of freshwater supplies with chemical toxins including persistent organic pollutants. Effective mitigation of such pollution is paramount to the safeguarding of human health, animal and aquatic life, and the environment. Currently, adsorption is the most economically viable water purification strategy. Owing to their crystallinity and modular nature, metal-organic frameworks (MOFs) are an excellent platform material for systematically investigating the physical and chemical properties which govern adsorption processes. X-ray diffraction techniques provide atomically precise descriptions of toxin-MOF interactions, while liquid-phase adsorption isotherms readily allow for the determination of uptake capacity and kinetics; however, determination of the thermodynamics of toxin-MOF interactions in aqueous media remains tedious. Herein, we add isothermal titration calorimetry (ITC) to our arsenal of techniques for characterizing adsorption mechanisms in MOFs. With this method, we are able to directly quantify the full thermodynamic profile of a chemical process (Ka, ΔG, ΔH, TΔS), providing critical details to support the rational design of next-generation sorbents. We demonstrate the suitability of ITC through our exploration of the parameter space of organophosphorus agrochemical adsorption in zirconium-based MOFs.
中文翻译：
等温滴定量热法探索 MOFs 中有机磷农药吸附的参数空间
随着快速全球化的发展，制造业和商业农业的扩张导致淡水供应受到包括持久性有机污染物在内的化学毒素的广泛污染。有效缓解此类污染对于保护人类健康、动物和水生生物以及环境至关重要。目前，吸附是最经济可行的水净化策略。由于其结晶性和模块化性质，金属有机框架 (MOF) 是系统研究控制吸附过程的物理和化学性质的极好平台材料。X 射线衍射技术提供了毒素-MOF 相互作用的原子级精确描述，而液相吸附等温线很容易确定吸收能力和动力学；然而，确定水介质中毒素-MOF 相互作用的热力学仍然很乏味。在此，我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。
更新日期：2020-07-02
中文翻译：
等温滴定量热法探索 MOFs 中有机磷农药吸附的参数空间
随着快速全球化的发展，制造业和商业农业的扩张导致淡水供应受到包括持久性有机污染物在内的化学毒素的广泛污染。有效缓解此类污染对于保护人类健康、动物和水生生物以及环境至关重要。目前，吸附是最经济可行的水净化策略。由于其结晶性和模块化性质，金属有机框架 (MOF) 是系统研究控制吸附过程的物理和化学性质的极好平台材料。X 射线衍射技术提供了毒素-MOF 相互作用的原子级精确描述，而液相吸附等温线很容易确定吸收能力和动力学；然而，确定水介质中毒素-MOF 相互作用的热力学仍然很乏味。在此，我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。我们将等温滴定量热法 (ITC) 添加到我们用于表征 MOF 吸附机制的技术库中。使用这种方法，我们能够直接量化化学过程的完整热力学曲线（Ka、ΔG、ΔH、TΔS），提供关键细节以支持下一代吸附剂的合理设计。我们通过探索锆基 MOF 中有机磷农药吸附的参数空间来证明 ITC 的适用性。
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