Facile fabrication of amino-functionalized MIL-68(Al) metal–organic framework for effective adsorption of arsenate (As(V))

吸附 砷酸盐 吸热过程 可重用性 朗缪尔吸附模型 金属有机骨架 材料科学 热液循环 傅里叶变换红外光谱 核化学 化学 无机化学 化学工程 物理化学 有机化学 工程类 程序设计语言 计算机科学 软件
作者
Alireza Rahmani,Amir Shabanloo,Solmaz Zabihollahi,Mehdi Salari,Mostafa Leili,Mohammad Khazaei,Saber Alizadeh,Davood Nematollahi
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41598-022-16038-0
摘要

Abstract An amino-functionalized MIL-68(Al) metal–organic framework (amino-MIL-68(Al) MOF) was synthesized by solvothermal method and then characterized by FESEM, XRD, FTIR, EDX-mapping, and BET-BJH techniques. In order to predict arsenate (As(V)) removal, a robust quadratic model (R 2 > 0.99, F -value = 2389.17 and p value < 0.0001) was developed by the central composite design (CCD) method and then the genetic algorithm (GA) was utilized to optimize the system response and four independent variables. The results showed that As(V) adsorption on MOF was affected by solution pH, adsorbent dose, As(V) concentration and reaction time, respectively. Predicted and experimental As(V) removal efficiencies under optimal conditions were 99.45 and 99.87%, respectively. The fitting of experimental data showed that As(V) adsorption on MOF is well described by the nonlinear form of the Langmuir isotherm and pseudo-second-order kinetic. At optimum pH 3, the maximum As(V) adsorption capacity was 74.29 mg/g. Thermodynamic studies in the temperature range of 25 to 50 °C showed that As(V) adsorption is a spontaneous endothermic process. The reusability of MOF in ten adsorption/regeneration cycles was studied and the results showed high reusability of this adsorbent. The highest interventional effect in inhibiting As(V) adsorption was related to phosphate anion. The results of this study showed that amino-MIL-68(Al) can be used as an effective MOF with a high surface area (> 1000 m 2 /g) and high reusability for As(V)-contaminated water.
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