Composite adsorbents of aminated chitosan @ZIF-8 MOF for simultaneous efficient removal of Cu(II) and Congo Red: Batch experiments and DFT calculations

刚果红 吸附 化学吸附 复合数 化学 离子交换 背景(考古学) 化学工程 材料科学 核化学 复合材料 离子 有机化学 生物 工程类 古生物学
作者
Xianhong Deng,Wenbin Wu,Shuangqin Tian,Yi He,Shujie Wang,Bifang Zheng,Kai Xin,Ziqin Zhou,Lihong Tang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147634-147634 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147634
摘要

In this study, we employed a straightforward in-situ synthesis strategy to fabricate multi-site adsorption functional composites known as aminated chitosan@ZIF-8 (AmCs@ZIF-8) for the efficient removal of Cu(II) and Congo red. The AmCs@ZIF-8 adsorbed Cu(II) at pH 5 and Congo red at pH 3 with excellent removal efficiency values of 94 % and 100 % respectively. The maximum adsorption capacity for Cu(II) and Congo red are obtained as 785 mg g−1 and 1156 mg g−1, respectively. Interestingly, AmCs@ZIF-8 composites exhibited an excellent removal efficiency (>80 %) after reusing them for four sequential cycles. Analysis of the adsorption isotherm and kinetic data indicated that chemisorption primarily governed the adsorption of Cu(II) and Congo red by AmCs@ZIF-8. Furthermore, we elucidated the adsorption energy of Cu(II) and Congo red on the AmCs@ZIF-8 composite through density functional theory. Specifically, the adsorption energy values for Cu(II) with AmCs and ZIF-8 were −20.907 and −57.809 kcal·mol−1, and −26.514 and −16.242 kcal·mol−1 for Congo red, respectively. The efficient adsorption mechanism of Cu(II) and Congo red on the AmCs@ZIF-8 composite can be attributed to the synergistic effects of chelation, electrostatic attraction, ion exchange, and hydrogen bonding through the analysis of experimental characterization and theoretical calculation. Therefore, AmCs@ZIF-8 composites elevate the adsorption capacity of Cu(II) and Congo red in a single-component system and exhibit high removal efficiency (>90 %) in the context of the Cu(II)-Congo red binary system.
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