Graphene oxide/polydopamine modified montmorillonite/carboxymethyl chitosan composite aerogel for efficient removal of Pb2+, Cu2+, and Cd2+: Adsorption behavior, mechanism and DFT study

气凝胶 蒙脱石 吸附 石墨烯 复合数 壳聚糖 氧化物 化学工程 材料科学 机制(生物学) 化学 高分子化学 纳米技术 复合材料 有机化学 冶金 哲学 工程类 认识论
作者
Man Yuan,Dongsheng Liu,Wei Liu,Zihao Song,Sisi Shang,Zihan Wang,Jian Ren,Sheng Cui
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:339: 126585-126585 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.126585
摘要

A novel ternary composite aerogel was prepared from graphene oxide (GO), polydopamine-modified montmorillonite (PDA-MMT), and carboxymethyl chitosan (CMCS) for the removal of Pb2+, Cu2+, and Cd2+. Adding PDA-MMT and CMCS enhances GO aerogels' mechanical properties and adsorption properties. GO/PDA-MMT/CMCS with rich pore structure and many exposed active sites, exhibited outstanding Pb2+, Cu2+, and Cd2+ adsorption capacities with Qm of 465.12, 354.61, and 317.46 mg/g, respectively. Synergistic interaction between GO, PDA-MMT, and CMCS enhances adsorption properties. The pseudo-second-order kinetics and Langmuir models better describe the adsorption process of GO/PDA-MMT/CMCS. The adsorption is mainly monomolecular chemisorption, primarily controlled by chemisorption. The GO/PDA-MMT/CMCS exhibited excellent ionic interference and cyclic stability resistance. The removal rate was still > 81 % after 5 cycles. Fixed-bed and industrial wastewater adsorption verified the practicality of GO/PDA-MMT/CMCS. DFT calculations revealed the minimum adsorption energy for Pb2+ (-3.77 Ha), signifying a more stable binding between Pb2+ and the GO/PDA-MMT/CMCS. The adsorption mechanism is mainly chelation, ion exchange, synergistic effect, electrostatic attraction, and pore adsorption. The aerogel has high adsorption performance, low cost, and easy separation, which is favorable for its application in wastewater treatment.
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