l-Cysteine-Functionalized Mesoporous Magnetite Nanospheres: Synthesis and Adsorptive Application toward Arsenic Remediation

化学 介孔材料 热重分析 傅里叶变换红外光谱 吸附 X射线光电子能谱 化学工程 核化学 催化作用 无机化学 朗缪尔吸附模型 有机化学 工程类
作者
Manamohan Tripathy,Sandip Padhiari,Garudadhwaj Hota
出处
期刊:Journal of Chemical & Engineering Data [American Chemical Society]
卷期号:65 (8): 3906-3919 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.jced.0c00250
摘要

Water pollution and its hazardous effects due to inadequate disposal of toxic arsenic (As) species is a severe environmental concern globally. In the present study, magnetic Fe3O4 nanoparticles (NPs) functionalized with l-cysteine (Fe3O4@Cy) were synthesized by a simple surfactant-assisted solvothermal method followed by a post-treatment process. The surface functionalization of Fe3O4 NPs with l-cysteine (l-Cy) not only improves their stability but also enhances the As adsorption efficiency. The synthesized materials were extensively characterized using X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, Raman spectroscopy, vibrating sample magnetometer (VSM), thermogravimetric analyzer (TGA), ζ-potential, nitrogen adsorption–desorption, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and transmission electron microscopy (TEM) techniques. The mesoporous Fe3O4@Cy exhibited superior adsorption capacities of 20.00 and 34.00 mg/g for arsenite (As(III)) and arsenate (As(V)) ions, respectively. The kinetics and isotherm studies reveal that the adsorption process follows pseudo-second-order and Langmuir isotherm models. Also, from the thermodynamic study, it is clear that the adsorption process is spontaneous and endothermic in nature. FTIR spectroscopy, FE-SEM, energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques provided insights into the adsorption mechanism.
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