The role of surface thermodynamics and kinetics in the removal of PFOA from aqueous solutions

吸附 全氟辛酸 动力学 水溶液 化学工程 材料科学 沸石 化学 有机化学 催化作用 物理 量子力学 工程类
作者
Mengru Zhang,François Sicard,Turan S. Erkal,Geoffrey M. Bowers,A. Özgür Yazaydın
出处
期刊:Surfaces and Interfaces [Elsevier]
卷期号:41: 103271-103271 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.surfin.2023.103271
摘要

Perfluorooctanoic acid (PFOA) has been extensively used as surfactant in industrial applications. Human exposure to PFOA through contaminated water has been linked to serious adverse health effects. In this work, the removal of PFOA from water in all-silica zeolites, which are hydrophobic materials with diverse pore geometries and exceptional hydrothermal stability, is studied. Molecular scale structure, dynamics, kinetics, and free energy landscapes associated with PFOA adsorption are characterized. Interfacial adsorption constitutes the rate limiting step and the adsorption of PFOA is orientation competitive. The PFOA orientation where the hydrophobic perfluorinated methyl group is adsorbed first on the zeolite surface is thermodynamically favored; whereas the adsorption kinetics is faster when the hydrophilic carboxyl group is adsorbed first. Furthermore, the adsorption of PFOA in deprotonated state in hydrophobic pores is thermodynamically prohibitive. Based on computed permeabilities in the pores and kinetic rates associated with the adsorption of PFOA from water, three zeolites, MTW, VET and GON, are estimated to exhibit several orders of magnitude better PFOA removal performance compared to the benchmark material, zeolite Beta (BEA).
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