Adsorption behavior of arsenicals on MIL-101(Fe): The role of arsenic chemical structures

砷酸盐 吸附 化学 水溶液 无机化学 金属有机骨架 地下水砷污染 亚砷酸盐 有机化学
作者
Zongchen Li,Xuemin Liu,Wei Jin,Qingsong Hu,Yaping Zhao
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:554: 692-704 被引量:258
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2019.07.046
摘要

Arsenic species are regarded as typical water pollutants due to their toxicity. The chemical structures of arsenic species greatly influence their migration and transformation in the environment. Metal-organic frameworks (MOFs) are used as reliable adsorbents to control arsenic contamination, so it is urgently needed to study the effect of chemical structure of arsenic species during adsorption process. The adsorption behaviors of arsenate (As(V)) and its organic forms such as roxarsone (ROX), p-arsanilic acid (p-ASA) and dimethyl arsenate (DMA) by MIL-101(Fe), a type of highly porosity iron-based MOFs in aqueous environment were detailed investigated. The adsorption kinetics of those arsenic species on MIL-101(Fe) is rapid followed with pseudo-second-order kinetic model. MIL-101(Fe) exhibits excellent adsorption capacities for As(V), ROX, p-ASA and DMA with maximum adsorption capacities of 232.98, 507.97, 379.65 and 158.94 mg g-1, respectively. The formed FeOAs inner-sphere coordination between arsenic species and the incomplete-coordinated cationic Fe in the MIL-101(Fe) cluster is the primary adsorption mechanism based on FTIR and XPS analysis. Substituent aromatic units in ROX and p-ASA strengthen the adsorption on MIL-101(Fe) through hydrogen bonds and π-π stacking interaction, resulting in higher adsorption capacities far beyond that of As(V) and DMA. The reusability of MIL-101(Fe) is limited by the strong FeOAs coordination. These results confirm MIL-101(Fe) a reliable adsorbent to control the aqueous arsenic species contamination and emphasize the significant role of the chemical structure of arsenic speciation on adsorption performances of MOFs.
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