In-situ growth of ZIF-8 nanocrystals on biochar for boron adsorption

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作者
Mina Luo,Chunmei Zhu,Qingmei Chen,Fang Song,Weiduo Hao,Zhengtao Shen,Kurt O. Konhauser,Daniel S. Alessi,Cheng Zhong
出处
期刊:Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects [Elsevier BV]
卷期号:657: 130504-130504 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.colsurfa.2022.130504
摘要

Removing boron (B) from aqueous solution is economically and environmentally important in the treatment of many industrial and agricultural wastewater streams. Here, we produced canola straw-derived biochar (BC), a low-cost and green adsorbent, as a template to prepare a BC/ZIF-8 (zeolite-like imidazolate framework) composite material. We then performed a series of batch experiments and material characterization to evaluate the adsorption processes and practical applications of the material. The results showed that the maximum adsorption capacity of BC/ZIF-8 for B from a low total dissolved solids (TDS) aqueous solution was 44 mg g-1 (adsorbent dosage is 0.5 g L−1, pH=6, C0 =300 mg L-1). Compared to ZIF-8 alone, the adsorption capacity of B to BC/ZIF-8 increased by 76%. In the adsorption tests conducted in the low TDS solution, the adsorption process was well-represented using a pseudo-first-order kinetics model and the Langmuir adsorption isotherm. Through six regeneration cycles, we demonstrated that BC/ZIF-8 remains a robust sorbent for B. Hydraulic fracturing (HF), a key technology for oil and gas stimulation, produces a large amount of flowback and produced water (FPW). BC/ZIF-8 was used to remove boron from FPW, achieving a maximum adsorption capacity of 15.45 mg g-1 (C0 =42 mg L-1), 5.99% lower than that of pure B solution with similar conditions. Physicochemical characterization of BC/ZIF-8 showed that it has a stable structure and suggested that B adsorption to BC/ZIF-8 was primarily due to hydrogen bonding and electrostatic attraction between B(OH)4- and the positively charged BC/ZIF-8 at pH < PZC. Our study shows that BC-based metal-organic frameworks (MOFs) have the potential for broader industrial applications and water treatment.
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