A high-flux atomically dispersed MIL-100 (Fe) incorporated PMS-based LDH catalytic membrane for the removal of micropollutants from secondary effluent wastewater

流出物 氢氧化物 金属有机骨架 催化作用 化学 浸出(土壤学) 化学工程 降级(电信) 材料科学 无机化学 环境工程 环境科学 有机化学 吸附 生物化学 工程类 土壤水分 土壤科学 电信 计算机科学
作者
Afia Sharmin,Guomin Zhang,Muhammed A. Bhuiyan,Biplob Kumar Pramanik
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:495: 153572-153572 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153572
摘要

This study fabricated a CoFe layered double hydroxide (CoFeLDH) membrane incorporating the metal–organic framework (MOF) MIL(1 0 0)Fe, tailored for a peroxymonosulfate (PMS) based system. Among various combinations of MOF and LDH nanosheets on a PVDF substrate, the highest water flux, reaching 1900 L/m2/hr/bar, was achieved with an LDH/MOF ratio of 5:1 and an MOF concentration of 0.025 M. The optimized membrane exhibited exceptional performance, achieving 99 % degradation of ranitidine at 0.1 mM PMS. The LDH MOF catalytic membrane exhibited excellent treatment performance in real water matrices and demonstrated long-term operational efficiency. The effective removal of ranitidine by this catalytic membrane was attributed to a synergistic combination of radical (SO4− and OH) and non-radical (singlet 1O2 and electron transfer O2) oxidation pathways, with SO4− and singlet 1O2 playing a predominant role. Post-activation, 40 % of surface Co2+ and 65 % of Fe2+ in the LDH MOF membrane were found in the + III oxidation state, highlighting the significance of metal catalytic sites and the reusability potential of the membrane. The durability of the membrane was evident through 10 cycles, achieving a flux recovery ratio of 95 % in the first cycle and sustaining efficient performance across pH variations (3 to 9) and exposure to various anions. Importantly, negligible metal leaching was observed for the real water samples, ensuring suitability for large-scale applications.
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