今日推送锆有机骨架作为新型吸附剂修复水

MOF水处理材料祝各位TOPPaper多多,忧虑少少!文章标题Zirconium-organicframeworkasanoveladsorbentforarsenateremediationfromaqueoussolutions文章亮点

(1)在pH值为7时,最大的吸附能力为mg/g。

(2)As(V)通过配体交换机制与Zr-位点结合。

(3)通过光谱学和DFT计算探明的机制。

(4)Zr-MOF在离子矩阵中是非常有效的。

摘要详文

(1)由于砷的高毒性和致癌性,去除水中的砷类是一个全球性的挑战。在这项工作中,我们合成了一个稳定的锆金属有机框架(Zr-MOF)用于去除As(V)。

(2)Zr-MOF在pH值为4-9的范围内有效地吸附As(V),最大吸附量为mg/g。实验数据模型表明了一个涉及物理化学力量的自发吸附过程。光谱分析证实了As(V)通过涉及Zr-OH的配体交换机制在Zr-site上的结合。另一个可能的机制是As(V)与Zr-O(连接体)位点解离的相互作用。

(3)理论计算进一步证实了这些机制,Zr-(μ3-O)桥(结合能~4.38eV)比Zr-O-C连接(结合能~4.11eV)更强烈地结合As(V)。

(4)用盐酸溶液成功地进行了材料的再生,在五个循环中,再生效率保持在90%以上。因此,该研究对Zr-MOF上的As(V)吸附进行了详细调查。

图文摘要图文内容

在这项研究中,我们报道了As(V)在Zr基MOF(MOF-)上的吸附。通过各种分析技术研究了Zr-MOF的结构和功能特征。我们通过实验和光谱结果探索了As(V)的吸附机制。此外,通过密度函数理论(DFT)计算,确定了Zr-MOF中As(V)的优先结合点。通过粉末X射线衍射(PXRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR),评估了该吸附剂的可重复使用性,并确认了吸附剂的稳定性。该研究证实Zr-MOF是一种稳定的MOF,具有较高的As(V)去除能力。

图1.(a)Zr-MOF的PXRD图案,(b)FTIR,(c)拉曼光谱,和(d)TGA曲线。Zr-MOF的PXRD图案显示在图1a中。图形在5-15°范围内有一个高强度的宽峰,最大值在8.2°。衍射峰的变宽是由于使用ZrOCl2-8H2O作为Zr前驱体而形成的MOF的低结晶度所致。

图2.(a)Zr-MOF和前体的XPS光谱;Zr-MOF的高分辨XPS(HRXPS)(b)C1s,(c)O1s,和(d)Zr3d光谱。

图3.(a)在特定pH值的水溶液中浸泡12h的Zr-MOF的FTIR光谱和(b)PXRD图形。

图4.(a)吸附剂用量;(b)As(V)浓度;(c)pH值;(d)接触时间对Zr-MOF的As(V)去除效率的影响。条件:Zr-MOF质量=30mg,[As(V)]=mg/L,体积=30mL,时间=12h(相应改变)。

图5.(a)伪一阶(PFO);(b)伪二阶(PSO);(c)Elovich;(d)粒子内扩散(IPD)动力学拟合;(e)Langmuir和Freundlich;(f)Dubinin-Radushkevich(D-R)等温线拟合As(V)的吸附。

图6.(a)傅立叶变换光谱;(b)拉曼光谱;HRXPS(c)Zr3d;(d)Zr-MOF吸附As(V)前后的O1s光谱;(e)NaH2AsO4和As(V)-loadedZr-MOF的As3d光谱。

图7.(a)MOF-的结构,(b)MOF-的优化单一构建单元。这里A、B和C表示MOF-单个构建单元上可能的结合点。颜色代码。碳(黑色),锆(蓝色),氧(红色),和氢(白色)。

图8.As(V)离子在MOF-单个构建单元上的吸附情况。对于各自的构型,它们的结合能和Zr-O(As)键的长度都有报告。颜色代码。碳(黑色),锆(蓝色),氧(红色),氢(白色),和砷(绿色)。

图9.(a)对As(V)和其他阳离子的去除性能。条件:质量=30mg,[离子]=mg/L,体积=30mL,时间=12h。(b)多元素研究中As(V)吸附的突破曲线。条件:质量=40mg,[离子]=5mg/L,流速=0.5mL/min。

图10.用(a)盐酸;(b)NaOH对Zr-MOF进行的再生和再利用测试;(c)再利用测试后Zr-MOF的FTIR光谱和(d)PXRD图形。条件:质量=30mg,[As(V)]=mg/L,[NaOH]/[HCl]=0.1mol/L,体积=30mL,时间=12h。

文章结论

(1)在本工作中,我们报道了三聚氢硅酸锆MOF(Zr-MOF)用于吸附去除水溶液中的As(V)离子。通过各种光谱技术对合成的MOF进行了表征,以评估其物理化学性质。

(2)该MOF在pH值为4-9的范围内表现出明显的吸附能力,由于配体交换过程,在碱性条件下的吸附能力更高。最大的吸附能力为mg/g,与文献中UiO-66MOF的报告值相当。

(3)吸附过程是由涉及物理化学力的异质表面上的扩散机制驱动的。FTIR和XPS分析证实了As(V)吸附的两种吸附途径,涉及Zr-OH(μ3)-Zr和Zr-O-C(连接体)位点。这些吸附途径得到了DFT计算的有力支持。XPS分析也证实了由于As(V)物种的还原而形成的As(III)的存在。

(4)该MOF在多元素溶液中对阳离子和As(V)离子表现出明显的高吸附能力。Zr-MOF被0.1mol/L盐酸溶液成功再生,而不影响MOF的结构完整性。因此,本研究将Zr-MOF作为一种新型的吸附剂用于处理被As污染的废水。

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