Analyzing the adsorptive behavior of Amoxicillin on four Zr-MOFs nanoparticles: Functional groups dependence of adsorption performance and mechanisms

吸附 氢键 化学 X射线光电子能谱 密度泛函理论 功能群 脱质子化 路易斯酸 朗缪尔 化学工程 无机化学 物理化学 计算化学 分子 有机化学 催化作用 聚合物 离子 工程类
作者
Lin Liu,Wei Cui,Cong Lü,Zain Abbas,Wei Zhang,Genxiang Shen,Shuangqing Hu,Xiaoyong Qian
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier BV]
卷期号:268: 110630-110630 被引量:77
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2020.110630
摘要

In this study, four functional Zr-MOFs (UiO-66-H, -NH2, -NO2, -Cl) were prepared, characterized (FESEM, XRD, BET, XPS, FT-IR) and compared to remove low-concentration Amoxicillin (AMX) from water. Then UiO-66-NH2 was selected for further experiments due to its highest adsorption capacity (2.3 ± 0.4 mg g-1). The adsorption process followed pseudo-second order, Langmuir and Freundlich models. With pH increasing, deprotonation of functional groups in UiO-66-NH2 and AMX made adsorption interactions variable. The obvious spectra shift of FT-IR/XPS indicated that Lewis acid-base interaction was the main adsorption impetus; meanwhile hydrogen bonding interaction and π-π/n-π (electron-donator-acceptor) EDA interaction should be included. For Lewis acid-base interaction, the strength was controlled by percentage of amine group in UiO-66-NH2, mainly interacting with phenolic hydroxyl group in AMX. Due to changes in charge distribution of functional groups, there existed six kinds of π-π/n-π EDA interactions and thirteen types of hydrogen/π-hydrogen bonding interactions. Additionally, electrostatic interaction and molecular attraction also contributed to the AMX adsorption. Conclusively, analysis of functional groups interactions could help to comprehend adsorption mechanisms more profoundly and exploit functional adsorbents more efficiently.
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