Highly efficient fluoride removal from water using 2D metal-organic frameworks MIL-53(Al) with rich Al and O adsorptive centers

吸附 氟化物 金属有机骨架 朗缪尔吸附模型 金属 朗缪尔 化学 动力学 无机化学 密度泛函理论 材料科学 化学工程 物理化学 计算化学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Lei Huang,Zhihui Yang,Sikpaam Issaka Alhassan,Zhixuan Luo,Baocheng Song,Linfeng Jin,Yixian Zhao,Haiying Wang
出处
期刊:Environmental science & ecotechnology [Elsevier BV]
卷期号:8: 100123-100123 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.ese.2021.100123
摘要

In this study, metal-organic framework MIL-53(Al) was synthesized and studied to understand the different mechanisms between normal MIL-53(Al) and 2D metal-organic framework MIL-53(Al) for removing fluoride. Comparatively, the 2D MIL-53(Al) had two-dimensional linear morphology rather than block shape, indicating more expose adsorptive sites than normal MIL-53(Al). The batch adsorption experiments were applied to investigate the performance of 2D MIL-53(Al), including pH, adsorption kinetics, and thermodynamics. The 2D MIL-53(Al) (75.50 mg/g) showed better adsorption capacity than normal MIL-53(Al) (35.63 mg/g). The adsorption process of 2D MIL-53(Al) followed the pseudo-first-order model and Langmuir model. The adsorption mechanism of this material was further studied by using experimental characterization and density functional theory calculations in detail. The main adsorptive sites were Al and O in the 2D MIL-53(Al), and the relationship between fluoride binding with Al and O was HF2- > HF > F-. The species of fluoride were HF2-, HF, F at different pH and concentrations. Hence, this study provides a significant way on the application of two-dimensional materials for removing fluoride.
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