Metal-organic and Zeolitic imidazole frameworks as cationic dye adsorbents: physicochemical optimizations by parametric modeling and kinetic studies

吸附 金属有机骨架 化学 阳离子聚合 咪唑 亚甲蓝 对苯二甲酸 动力学 金属 核化学 无机化学 有机化学 催化作用 光催化 聚酯纤维 物理 量子力学
作者
Mansour Baziar,Hamid Reza Zakeri,Sahar Ghaleh askari,Zahra Derakhshan Nejad,M. S. Shams,Ioannis Anastopoulos,Dimitrios A. Giannakoudakis,Éder C. Lima
出处
期刊:Journal of Molecular Liquids [Elsevier]
卷期号:332: 115832-115832 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.molliq.2021.115832
摘要

Adsorption of methylene blue (MB) was explored using different metal-organic frameworks (MOFs) and zeolitic imidazole framework (ZIFs) to optimize the physicochemical parameters by parametric modeling and to study the kinetics and equilibrium of the adsorption process. The frameworks were synthesized using three different metals (Fe, Zn, Co) and two linkers (2-Methylimidazole, terephthalic acid). Based on screening analysis, ZIF-8 (Zn) with a cubic morphology exhibited the highest adsorption capacity of 43.1 mg g−1 toward MB. The adsorption capacities of the rest studied MOFs were 25.0 mg g−1 for MIL-53 (Fe), 22.7 mg g−1 for MIL-88B (Fe), 18.4 mg g−1 for Ni-MOF, 16.8 mg g−1 for ZIF-67, and 15.5 mg g−1 for MIL−101 (Fe). The effect of contact time, initial solution pH, the dosage of the utilized framework, and MB initial concentration and their bimodal interactions on dye removal were elucidated by modeling the process according to Box–Behnken design (BBD). The model explained an incremental MB removal by pH, contact time, and adsorbent mass and inversely by dye concentration. Parametric optimization of the model revealed that the highest dye removal was achieved at a contact time of 53.4 min, MOF dose of 0.68 g L−1, pH = 8.5, and an MB initial concentration of 25 mg L−1. Nonlinear Khan isotherm and Pseudo-first-order and Pseudo-second-order kinetic models described better MB removal. These findings revealed that the adsorption could be described as a monolayer phenomenon under low dye concentrations values, e.g., 25 mg L−1, while it switches to multilayer at higher MB concentrations around 100 mg L−1.
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