High nitrogen content bimolecular co-functionalized graphene nanoflakes for hypertoxic Cr(VI) removal: Insights into adsorption behavior and mechanisms

吸附 胺气处理 化学 X射线光电子能谱 石墨烯 质子化 金属 氧化物 氢键 无机化学 废水 水溶液中的金属离子 过渡金属 化学工程 分子 有机化学 离子 催化作用 工程类 废物管理
作者
Qian Sun,Lixin Zhang,Changlong Wang,Xiaoxia Liu,Congcong Lou,Yanzhao Yang
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:340: 139804-139804 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2023.139804
摘要

The proven high carcinogenicity to humans and high destructive force to the environment determine the extreme urgency of eliminating hypertoxic Cr(VI) in water bodies. Herein, a route of room temperature synthesis and secondary grafting was proposed to fabricate graphene oxide-based nanoadsorbent co-functionalized with polydopamine and branched polyethyleneimine (GOPP) to remove Cr(VI). The flexible decoration of polydopamine and polyethyleneimine on GO flakes could gradually enhance the amount of N-containing functional groups and realize selective removal of Cr(VI) with the maximum experimental adsorption capacity of 564.7 mg/g, displaying a significantly high separation factor against alkali metal, alkaline earth metal, and other transition metal ions. Various combination mechanisms, such as electrostatic attraction, reduction, complexation, and hydrogen bonding, were demonstrated to be involved in the adsorption process of Cr(VI) by XPS, ESP, and DFT calculations. And the interaction energies of the five protonated configurations of primary amine, tertiary amine, secondary amine, imine, and secondary amine on the ring with HCrO4− were: −22.66, −12.08, −24.92, −24.26, −27.64 kcal/mol. In the actual industrial wastewater study, a Cr(VI) removal rate of 85.8% was realized. This work provided a viable idea for the elimination of Cr(VI) and was expected to be applied in the field of wastewater treatment.

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