Adsorptive removal and photocatalytic degradation of Persistent Organic Pollutants (POPs) in water have been emerged as energy- and cost-effective technologies. Both have attracted considerable attention to treat the world's wastewater. As a class of recently developed versatile porous materials, MOFs have shown huge potential and bright perspective in adsorptive removal and photocatalytic degradation of POPs for water remediation. This mini-review introduces the classification of POPs, and summarizes the current research progress on adsorptive and photocatalytic removal for each group of POPs using the emerging MOFs and functional MOFs. Possible interactions between the POPs and active sites on the MOFs are discussed to understand the adsorption/photocatalysis mechanism. The outlooks on adsorptive removal and photocatalytic degradation of POPs using MOFs are given, albeit often with barriers as addressed. The integration of adsorption and photocatalysis using MOFs is discussed.

g-C3N4/NH2-Iron terephthalate metal-organic framework heterojunction for visible light-induced Fenton-like excitation of H2O2 for MB degradation was investigated in this work. The g-C3N4/NH2-MIL-88B(Fe) (namely lp-x composite) was hydrothermally synthesized and characterized by powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, UV–vis diffused reflectance spectroscopy, spin-trapping electron paramagnetic resonance and photoluminescence analysis. 100% of MB photodegradation was achieved by the lp-2 in 120 min under visible light, much greater than the parent g-C3N4 and NH2-MIL-88B(Fe), individually. The synergistic index in the lp-2/visible-light/H2O2 system reached as high as 305%. The excitation of H2O2 over the lp-2 composite is clarified to go through (i) the direct and (ii) the photo-induced Fenton-like reactions, while the latter is greatly facilitated by the formation of the g-C3N4/NH2-MIL-88B(Fe) heterojunction. In the lp-2 composite, the photoelectron transfers efficiently from the CB of g-C3N4 to NH2-MIL-88B(Fe) for enhanced Fenton-like excitation of H2O2, rather than eliminates through e−-h+ pair recombination on g-C3N4, verified by the photoluminescence analysis and electron spin resonance technique. This work demonstrates the first example of facilitating Fenton-like excitation of H2O2 via introduction of g-C3N4 to stable amine functionalized Fe-centered MOF for visible light-induced photodegradation.

Abstract As an alternative technology to energy intensive distillations, adsorptive separation by porous solids offers lower energy cost and higher efficiency. Herein we report a topology-directed design and synthesis of a series of Zr-based metal-organic frameworks with optimized pore structure for efficient separation of C6 alkane isomers, a critical step in the petroleum refining process to produce gasoline with high octane rating. Zr 6 O 4 (OH) 4 (bptc) 3 adsorbs a large amount of n -hexane but excluding branched isomers. The n -hexane uptake is ~70% higher than that of a benchmark adsorbent, zeolite-5A. A derivative structure, Zr 6 O 4 (OH) 8 (H 2 O) 4 (abtc) 2 , is capable of discriminating all three C6 isomers and yielding a high separation factor for 3-methylpentane over 2,3-dimethylbutane. This property is critical for producing gasoline with further improved quality. Multicomponent breakthrough experiments provide a quantitative measure of the capability of these materials for separation of C6 alkane isomers. A detailed structural analysis reveals the unique topology, connectivity and relationship of these compounds.

The composite of MIL-101 and graphene oxide with remarkably improved acetone adsorption capacity was prepared. This composite exhibited enhanced porous structure and stronger adsorption interaction towards adsorbate. The mechanism of such improvement was discussed. Acetone adsorption on this composite was highly reversible.

Highly selective separation of alkenes/alkanes at ambient conditions is crucial yet challenging in the petrochemical industry due to their similar physical properties and molecular sizes. The development of carbon adsorbents that possess a molecular sieve functionality is desirable. In this study, we focus on elucidating the effect of carbonaceous nanodomain evolution on the pore sizes for the selective sieving separation of alkenes/alkanes using sucrose-based carbon molecular sieves (SUC-x). Results show that the carbonaceous nanodomains evolved gradually toward a more orderly graphitic layer structure at elevated temperatures, promoting the shrinkage of ultramicropores at the subangstrom scale. SUC-900 exhibits the C3H6/C3H8 molecular sieving performance with a high C3H6 uptake of 2.0 mmol/g at 1.0 bar and 298 K and negligible C3H8 adsorption, achieving a molecular recognition precision of 0.4 Å. The breakthrough experiments further confirm the efficient separation of the C3H6/C3H8 mixture dynamically in the fixed bed packed with SUC-900. This study provides a significant guideline for the precise tuning of ultramicropore sizes in carbons by manipulating structural nanodomains, facilitating the design of diverse carbon materials for gas separation applications.