Metal sulfide ion exchangers: Superior sorbents for the capture of toxic and nuclear waste-related metal ions

Chemical Science

Volumn 7, Issue 8, 2016, Pages 4804-4824

  Manos, Manolis J ^a   Kanatzidis, Mercouri G ^b  

^a UNIVERSITY OF IOANNINA   (Greece)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ION EXCHANGERS; METAL IONS; METALS; RADIOACTIVE WASTES;

FUNCTIONALIZATIONS; FUNCTIONALIZED MATERIALS; ION-EXCHANGE MATERIALS; METAL SULFIDES; RAPID SORPTION; RESEARCH OPPORTUNITIES; SOFT METAL IONS; STRUCTURAL FEATURE;

ION EXCHANGE;

EID: 84979623004     PISSN: 20416520     EISSN: 20416539     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6sc01039c     Document Type: Review

References (98)

1. B. Sarkar, Heavy metals in the environment, Marcel Dekker Incorporated, 2002
2. G. M. Naja and B. Volesky, Toxicity and Sources of Pb, Cd, Hg, Cr, As, and Radionuclides in the Environment, Heavy metals in the environment, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2009
3. D. R. Tonini D. A. Gauvin R. W. Soffel W. P. Freeman Environ. Prog. 2003 22 167 173
4. USA-EPA, http://www.epa.gov/mercury
5. European Union (Drinking Water) Regulations, 2014, http://www.irishstatutebook.ie/eli/2014/si/pdf/2014/en.si.2014.0122.pdf
6. M. Hyman and K. Hladek, Management of wastes from nuclear facilities, Handbook of complex environmental remediation problems, McGraw-Hill, 2001
7. K. L. Nash and G. J. Lumetta, Advanced separation techniques for nuclear fuel reprocessing and radioactive waste treatment, Woodhead Publishing, 2011
8. R. Noyes, Nuclear waste cleanup technology and opportunities, Elsevier, 1995
9. A. A. Zagorodni, Ion Exchange Materials, Properties and Applications, Elsevier, 2007
10. Q. H. Fan Z. Li H. G. Zhao Z. H. Jia J. Z. Xu W. S. Wu Appl. Clay Sci. 2009 45 111 116
11. A. Benhammou A. Yaacoubi L. Nibou B. Tanouti J. Colloid Interface Sci. 2005 282 320 326
12. A. Braun, et al., Application of the Ion Exchange Process for the Treatment of Radioactive Waste and Management of Spent Ion Exchangers, International Atomic Energy Agency, Vienna, Tech Rep Ser No 408, 2002
13. A. Dyer M. Pillinger R. Harjula S. Amin J. Mater. Chem. 2000 10 1867 1861
14. A. I. Bortun L. N. Bortun A. Clearfield Solvent Extr. Ion Exch. 1997 15 909 929
15. L. Mercier T. J. Pinnavaia Environ. Sci. Technol. 1998 32 2749 2754
16. X. Feng G. E. Fryxell L. Q. Wang A. Y. Kim J. Liu K. M. Kemner Science 1997 276 923 926
17. A. J. Howarth M. J. Katz T. C. Wang A. E. Platero-Prats K. W. Chapman J. T. Hupp O. K. Farha J. Am. Chem. Soc. 2015 137 7488 7494
18. S. Rapti A. Pournara D. Sarma I. T. Papadas G. S. Armatas A. C. Tsipis T. Lazarides M. G. Kanatzidis M. J. Manos Chem. Sci. 2016 7 2427 2436
19. M. Carboni C. W. Abney S. B. Liu W. B. Lin Chem. Sci. 2013 4 2396 2402
20. K. K. Yee N. Reimer J. Liu S. Y. Cheng S. M. Yiu J. Weber N. Stock Z. T. Xu J. Am. Chem. Soc. 2013 135 7795 7798
21. M. J. Manos R. G. Iyer E. Quarez J. H. Liao M. G. Kanatzidis Angew. Chem., Int. Ed. 2005 44 3552 3555
22. M. J. Manos K. Chrissafis M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2006 128 8875 8883
23. M. J. Manos N. Ding M. G. Kanatzidis Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 3696 3699
24. M. J. Manos M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2009 131 6599 6607
25. M. J. Manos M. G. Kanatzidis Chem.-Eur. J. 2009 15 4779 4784
26. M. J. Manos V. G. Petkov M. G. Kanatzidis Adv. Funct. Mater. 2009 19 1087 1092
27. M. J. Manos M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2012 134 16441 16446
28. J. L. Mertz Z. H. Fard C. D. Malliakas M. J. Manos M. G. Kanatzidis Chem. Mater. 2013 25 2116 2127
29. D. Sarma C. D. Malliakas K. S. Subrahmanyam S. M. Islam M. G. Kanatzidis Chem. Sci. 2016 7 1121 1132
30. Z. H. Fard S. M. Islam M. G. Kanatzidis Chem. Mater. 2015 27 6189 6192
31. Y. Oh C. D. Morris M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2012 134 14604 14608
32. M. Shafaei-Fallah J. He A. Rothenberger M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2011 133 1200 1202
33. K. S. Subrahmanyam C. D. Malliakas D. Sarma G. S. Armatas J. S. Wu M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2015 137 13943 13948
34. C. O. Oriakhi and M. M. Lerner, Layered Metal Chalcogenides, Handbook of Layered Materials, Marcel Dekker Incorporated, 2004, pp. 509-541
35. R. Schöllhorn W. Roer K. Wagner Monatsh. Chem. 1979 110 1147 1152
36. A. E. Gash A. L. Spain L. M. Dysleski C. J. Flaschenriem A. Kalaveshi P. K. Dorhout S. H. Strauss Environ. Sci. Technol. 1998 32 1007 1012
37. E. A. Behrens P. Sylvester A. Clearfield Environ. Sci. Technol. 1998 32 101 107
38. T. Moller R. Harjula M. Pillinger A. Dyer J. Newton E. Tusa S. Amin M. Webb A. Araya J. Mater. Chem. 2001 11 1526 1532
39. J. Lehto A. Clearfield J. Radioanal. Nucl. Chem. 1987 118 1 13
40. P. Sylvester E. A. Behrens G. M. Graziano A. Clearfield Sep. Sci. Technol. 1999 34 1981 1992
41. I. DeFilippi S. Yates R. Sedath M. Straszewski M. Andren R. Gaita Sep. Sci. Technol. 1997 32 93 113
42. A. Dyer M. Pillinger J. Newton R. Harjula T. Moller S. Amin Chem. Mater. 2000 12 3798 3804
43. M. Nyman A. Tripathi J. B. Parise R. S. Maxwell T. M. Nenoff J. Am. Chem. Soc. 2002 124 1704 1713
44. X. Du H. Zhang X. Hao G. Guan A. Abudula ACS Appl. Mater. Interfaces 2014 6 9543 9549
45. A. Keränen T. Leiviskä A. Salakka J. Tanskanen Desalin. Water Treat. 2015 53 2645 2654
46. A. Wołowicz Z. Hubicki Chem. Eng. J. 2012 197 493 508
47. J. R. Lia X. Wang B. L. Yuan M. L. Fu H. J. Cui Appl. Surf. Sci. 2014 320 112 119
48. A. E. Torma and I. H. Gundiler, Precious and Rare Metal Technologies, Elsevier, Amsterdam, 1989, pp. 3-15
49. R. M. Luna G. T. Lapidus Hydrometallurgy 2000 56 171 188
50. Y. Zhang Z. Fang M. Muhammed Hydrometallurgy 1997 46 251 269
51. Z. H. Fard C. D. Malliakas J. L. Mertz M. G. Kanatzidis Chem. Mater. 2015 27 1925 1928
52. R. Chiarizia E. P. Horwitz S. D. Alexandratos M. J. Gula Sep. Sci. Technol. 1997 32 1 35
53. A. C. Sutorik M. G. Kanatzidis Polyhedron 1997 16 3921 3927
54. USA-EPA, Table of Regulated Drinking Water Contaminants, http://www.epa.gov/your-drinking-water/table-regulated-drinking-water-contaminants
55. J. R. Li X. Wang B. Yuan M. L. Fu J. Mol. Liq. 2014 200 205 212
56. P. Sengupta N. L. Dudwadkar B. Vishwanadh V. Pulhani R. Rao S. C. Tripathi G. K. Dey J. Hazard. Mater. 2014 266 94 101
57. A. M. Nam L. L. Tavlarides Solvent Extr. Ion Exch. 2003 21 899
58. J. B. Parise Y. Ko J. Rijssenbeek D. M. Nellis K. Tan S. Koch J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994 527
59. T. Jiang A. Lough G. A. Ozin R. L. Bedard R. Broach J. Mater. Chem. 1998 8 721 732
60. X. H. Qi K. Z. Du M. L. Feng J. R. Li C. F. Du B. Zhang X. Y. Huang J. Mater. Chem. A 2015 3 5665 5673
61. G. A. Marking M. Evain V. Petricek M. G. Kanatzidis J. Solid State Chem. 1998 141 17 28
62. M. G. Kanatzidis, J. Mertz and M. J. Manos, Chalcogenide compounds for the remediation of nuclear and heavy metal wastes, US Pat., US2011290735-A1, 2011
63. N. Ding M. G. Kanatzidis Chem. Mater. 2007 19 3867 3869
64. N. Ding M. G. Kanatzidis Nat. Chem. 2010 2 187 191
65. B. Zhang M. L. Feng H. H. Cui C. F. Du X. H. Qi N. N. Shen X. Y. Huang Inorg. Chem. 2015 54 8474 8481
66. S. Ma Q. Chen H. Li P. Wang S. M. Islam Q. Gu X. Yang M. G. Kanatzidis J. Mater. Chem. A 2014 2 10280 10289
67. S. Ma L. Huang L. Ma Y. Shim S. M. Islam P. Wang L. D. Zhao S. Wang G. Sun X. Yang M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2015 137 3670 3677
68. L. Ma Q. Wang S. M. Islam Y. Liu S. Ma M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2016 138 2858 2866
69. M. G. Kanatzidis A. C. Sutorik Prog. Inorg. Chem. 1995 43 151 265
70. M. J. Manos and M. G. Kanatzidis, unpublished results
71. M. G. Kanatzidis and M. J. Manos, Process for the removal of heavy metals using an open framework chalcogenide, US Pat., US20080145305-A1, 2008
72. R. Blain and G. Kazantzis, Thallium, Handbook on the toxicology of metals, Elsevier, 2014, pp. 1129-1240
73. M. Sager Toxicol. Environ. Chem. 1994 45 11 32
74. M. L. Feng D. N. Kong Z. L. Xie X. Y. Huang Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 8623 8626
75. H. L. Li A. Laine M. O'Keeffe O. M. Yaghi Science 1999 283 1145 1147
76. N. Zheng X. Bu B. Wang P. Feng Science 2002 298 2366 2369
77. Q. P. Lin X. H. Bu C. Y. Mao X. Zhao K. Sasan P. Y. Feng J. Am. Chem. Soc. 2015 137 6184 6187
78. W. S. Sheldrick M. Wachhold Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997 36 206 224
79. M. J. Manos C. D. Malliakas M. G. Kanatzidis Chem.-Eur. J. 2007 13 51 58
80. S. X. Huang-Fu J. N. Shen H. Lin L. Chen L. M. Wu Chem.-Eur. J. 2015 21 9809 9815
81. S. Santner J. Heine S. Dehnen Angew. Chem., Int. Ed. 2016 55 876 893 and references therein
82. P. N. Trikalitis K. K. Rangan T. Bakas M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2002 124 12255 12260
83. S. Bag P. N. Trikalitis P. J. Chupas G. S. Armatas M. G. Kanatzidis Science 2007 317 490 493
84. B. D. Yuhas A. L. Smeigh A. P. S. Samuel Y. Shim S. Bag A. P. Douvalis M. R. Wasielewski M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2011 133 7252 7255
85. S. Bag A. F. Gaudette M. E. Bussell M. G. Kanatzidis Nat. Chem. 2009 1 217 224
86. S. Bag I. U. Arachchige M. G. Kanatzidis J. Mater. Chem. 2008 18 3628 3632
87. J. L. Mohanan I. U. Arachchige S. L. Brock Science 2005 307 397 400
88. V. J. Inglezakis and S. G. Poulopoulos, Adsorption, Ion Exchange and Catalysis. Design of Operations and Environmental Applications, Elsevier, 2006
89. M. G. Kanatzidis, D. Sarma and M. J. Manos, Column material for the capture of heavy metal and precious metal ions, US Pat., US20150144568-A1, 2015
90. Y. X. Wang J. R. Li J. C. E. Yang B. Yuan M. L. Fu RSC Adv. 2015 5 91431 91435
91. Z. H. Fard S. M. Islam M. G. Kanatzidis Chem. Mater. 2015 27 6189 6192
92. R. G. Pearson Science 1966 151 172 177
93. W. W. Xiong J. W. Miao P. Z. Li Y. L. Zhao B. Liu Q. C. Zhang CrystEngComm 2014 16 5989 5992
94. W. W. Xiong J. W. Miao K. Q. Ye Y. Wang B. Liu Q. C. Zhang Angew. Chem., Int. Ed. 2015 54 546 550
95. G. D. Zhang P. Z. Li J. F. Ding Y. Liu W. W. Xiong L. N. Nie T. Wu Y. L. Zhao A. I. Y. Tok Q. C. Zhang Inorg. Chem. 2014 53 10248 10256
96. Q. C. Zhang X. H. Bu L. Han P. Y. Feng Inorg. Chem. 2006 45 6684 6687
97. K. Biswas Q. C. Zhang I. Chung J. H. Song J. Androulakis A. J. Freeman M. G. Kanatzidis J. Am. Chem. Soc. 2010 132 14760 14762
98. K. Biswas I. Chung J. H. Song C. D. Malliakas A. J. Freeman M. G. Kanatzidis Inorg. Chem. 2013 52 5657 5659