Understanding the adsorption of sulfonamide antibiotics on MIL-53s: Metal dependence of breathing effect and adsorptive performance in aqueous solution

吸附 水溶液 化学 氢键 堆积 朗缪尔吸附模型 金属有机骨架 朗缪尔 金属 无水的 疏水效应 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 分子 工程类
作者
Yanxin Gao,Ruoxi Kang,Jing Xia,Gang Yu,Shubo Deng
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:535: 159-168 被引量:99
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2018.09.090
摘要

This investigation is based on experimental data to deeply understand the unusual adsorption behavior of the flexible MIL-53s in aqueous solution. In contrast to the strongly flexible MIL-53(Cr) and MIL-53(Al) with large pore form (lp) in water and in their anhydrous state, MIL-53(Fe) exhibits narrow pore form (np) or very narrow pore form (vnp), indicating that breathing effect depends on the nature of the metal. Sulfamethoxazole (SMZ) adsorption results demonstrated that the maximum adsorption capacities predicted by Langmuir model were 1.85, 1.78 and 0.314 mmol/g for MIL-53(Cr), MIL-53(Al), and MIL-53(Fe), respectively. The adsorption equilibrium was rapidly reached within 60 min and the kinetic data best fitted with the pseudo second order model. The lp form of MIL-53(Cr) and MIL-53(Al) in aqueous solution provided the easy entrance for contaminants, lead to lower binding energy and caused modifications of the hydrophobic/hydrophilic character, which all enhanced their adsorption capacities for SMZ. However, the np form of MIL-53(Fe) with small inner pores and hydrophilicity compromised its adsorption capacity for SMZ. The experimental results revealed electrostatic interactions, hydrogen bonding, and π-π interaction/stacking contributed to the adsorption of SMZ on MIL-53s as well. In summary, the complexation of different metal nodes to MOFs is accompanied by the diversity of properties, which significantly affect their adsorptive performance.
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