Highly efficient adsorption of aqueous heavy metals by Co-derived metal-organic framework. Synergistic mechanism for enhanced water purification

吸附 水溶液 化学 金属有机骨架 金属 机制(生物学) 重金属 无机化学 环境化学 化学工程 有机化学 哲学 认识论 工程类
作者
Rodolfo Peña Rodríguez,Luis Ángel Alfonso Herrera,J. Cervantes,Araceli Tapia,Lidia E. Chiñas,José María Rivera
出处
期刊:Journal of Solid State Chemistry [Elsevier]
卷期号:338: 124833-124833
标识
DOI:10.1016/j.jssc.2024.124833
摘要

This study opens up exciting possibilities for the application of Co-MOF, a Metal-Organic Framework ([Co(5-NH2-bdc)(bpy)0.5(H2O)]3·2H2O), in the efficient removal of heavy metals (Pb2+, Hg2+, Cd2+, Cu2+) from water. The removal mechanism combines ion exchange and adsorption, influenced by the ionic radius of the metal ions. Langmuir's model determined maximum adsorption capacities (Qm), showing a proportional increase with the ionic radius of heavy metals: 75.47 mg/g (Cu2+), 344.82 mg/g (Cd2+), 485 mg/g (Hg2+), and 526.31 mg/g (Pb2+). Free Gibbs energy, inversely proportional to the metal's ionic radius, was determined as −36.43 kKj/mol (Cu2+), −28.67 Kj/mol (Cd2+), −24.13 Kj/mol (Pb2+), and −21.67 Kj/mol (Hg2+). The pseudo-second-order mechanism explained heavy metal removal, except for Cu2+, due to continuous ion exchange. Reutilization experiments showed a decrement in efficacy in the second cycle. Filtration experiments demonstrated a lower removal percentage (close to 60 %) and confirmed the competitive activity of Co-MOF compared to other MOFs, particularly in Cd2+ removal, with superior rate constants and maximum adsorption capacities.
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