Electrochemically Switchable Sulfurized Polyacrylonitrile for Controllable Recovery of Copper in Wastewater Based on Reversible Adsorption/Desorption Regulation

聚丙烯腈 吸附 解吸 废水 化学工程 材料科学 化学 无机化学 废物管理 聚合物 有机化学 工程类
作者
Shengli Wang,Chi Ding,Jinna Zhang,Nanqi Ren,Yanbiao Liu,Shijie You
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (45): 20114-20124 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c04287
摘要

Within the context of circular economy and industrial ecology, adsorption offers an effective manner for recycling resources from wastewater, but controllable desorption remains a challenge. Inspired by metal-thiol binding and reversible thiol-disulfide redox transformation in biological systems, this study reports the development of a reversible adsorption/desorption (RAD) system for controllable recovery of copper based on electrochemically switchable sulfurized polyacrylonitrile (SPAN). Density functional theory calculations offered theoretical prediction for the formation of S-Cu bonds and reversible weak interaction between S-S bonds and Cu2+. The SPAN anchored onto titanium suboxide ceramic foam (SPAN@TiSO) could regulate Cu2+ adsorption/desorption stimulated by the electrode potential, indicated by the adsorption capacity of 243.3 mg g-1 (30 min) at 0.2 V vs SHE and a desorption efficiency of 98.4% (5 min) at 0.8 V vs SHE. Electrochemical analysis revealed that the reversible redox transformation of S-S/-S- groups in SPAN was responsible for selective adsorption and rapid desorption in response to the electrode potential. This study provides a proof-of-concept demonstration of an electrochemically switchable polymer to build up a reversible RAD system for controllable recovery of heavy metals in wastewater, making value-added resource recovery more efficient, more intelligent, and more sustainable.
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