Insights to perfluorooctanoic acid adsorption micro-mechanism over Fe-based metal organic frameworks: Combining computational calculation with response surface methodology

吸附 金属有机骨架 全氟辛酸 化学吸附 X射线光电子能谱 单层 路易斯酸 化学 结合能 化学工程 物理化学 金属 计算化学 无机化学 有机化学 催化作用 物理 工程类 生物化学 核物理学
作者
Yiqiong Yang,Zenghui Zheng,Wenqing Ji,Jingcheng Xu,Xiaodong Zhang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:395: 122686-122686 被引量:181
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122686
摘要

Adsorption performance, interfacial interaction mechanism and contribution of pores concerning PFOA adsorption to Fe-based metal-organic frameworks (MOFs) including Fe-BTC, MIL-100-Fe and MIL-101-Fe are investigated using experiments and computational calculation at molecular level even electronic level. Fe-BTC (418 mg/g) with more Lewis acid sites demonstrates higher adsorption capacity of PFOA in comparison with MIL-100-Fe (349 mg/g) and MIL-101-Fe (370 mg/g). Adsorption isotherms and kinetics indicate presence of monolayer adsorption and chemisorption in adsorption process. The pH dependence of PFOA adsorption to Fe-based MOFs is statistically revealed by experiments and analysis of variance of response surface methodology (RSM). XPS spectra of MOF-PFOA corroborate that decreasing binding energy of Fe2p and increasing binding energy of F1s, suggesting the presence of Lewis acid/base complexing (LAB) and hydrophobic interaction in adsorption process. Differential charge demonstrates that Fe center and benzene of organic ligands are respectively electron acceptor and donor in adsorption process. Electronic level mechanism finds that LAB complexing dominates adsorption process due to highest overlap of electron cloud. Smaller pores such as triangle and pentagonal pores of Fe-based MOFs contribute to the load of PFOA, while larger hexagonal one enable PFOA to enter into cages, as revealed by computational calculation.
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