Hydrogen bonding donor/acceptor active sites exposed on imide-functionalized carbon dots aid in enhancing arsenic adsorption performance

酰亚胺 吸附 功能群 密度泛函理论 化学 氢键 表面改性 无机化学 光化学 有机化学 分子 物理化学 计算化学 聚合物
作者
Ze Lin,Limin Jin,Yanbiao Liu,Ying Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:459: 141540-141540 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141540
摘要

During the arsenic (As) adsorption process, amino-functionalization has been widely considered as one of the effective adsorbents optimization methods, while this study reveals that imide functional groups also play a non-negligible role. Herein, magnetic carbon dots (CDs) equipped with imide (FeCD-NH) or amino functional groups (FeCD-NH2) were synthesized to deduce the relationship between different configurations of amino-like functional groups and As. The results showed that FeCD-NH exhibited extraordinary As(V) adsorption behavior (with 97.80 % As(V) removal within 5 min), outperformed that equipped with amino functional groups (FeCD-NH2). An array of advanced characterization techniques and density functional theory (DFT) calculation collectively revealed a dual-configuration hydrogen bond synergistic mechanism of FeCD-NH toward As(V). Different from monomorphic hydrogen bond of amino functional group, imide functional group forms abundant adsorption sites through dual-configuration hydrogen bonds to realize the ultrafast adsorption of As(V). In addition, FeCD-NH can remove As(V) from other more complex water matrices to levels below the World Health Organization (WHO) drinking water standards and the Chinese surface water standards. Therefore, this work provides a promising strategy for As decontamination by fine-tune the surface chemistry of adsorbents.

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