Superselective Hg(II) Removal from Water Using a Thiol-Laced MOF-Based Sponge Monolith: Performance and Mechanism

吸附 整体 流出物 化学 Mercury(编程语言) 硫醇 选择性 金属 色谱法 化学工程 催化作用 环境化学 环境工程 环境科学 有机化学 计算机科学 工程类 程序设计语言
作者
Kaixing Fu,Xia Liu,Chunyu Lv,Jinming Luo,Mingxing Sun,Shenglian Luo,John C. Crittenden
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (4): 2677-2688 被引量:124
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c07480
摘要

Point-of-use (POU) devices with satisfying mercury (Hg) removal performance are urgently needed for public health and yet are scarcely reported. In this study, a thiol-laced metal–organic framework (MOF)-based sponge monolith (TLMSM) has been investigated for Hg(II) removal as the POU device for its benchmark application. The resulting TLMSM was characterized by remarkable chemical resistance, mechanical stability, and hydroscopicity (>2100 wt %). Importantly, the TLMSM has exhibited high adsorption capacity (∼954.7 mg g–1), fast kinetics (kf ∼ 1.76 × 10–5 ms–1), broad working pH range (1–10), high selectivity (Kd > 5.0 × 107 mL g–1), and excellent regeneration capability (removal efficiency >90% after 25 cycles). The high applicability of TLMSM in real-world scenarios was verified by its excellent Hg(II) removal performance in various real water matrices (e.g., surface waters and industrial effluents). Moreover, a fixed-bed column test demonstrated that ∼1485 bed volumes of the feeding streams (∼500 μg L–1) can be effectively treated with an enrichment factor of 12.6, suggesting the great potential of TLMSM as POU devices. Furthermore, the principal adsorption complexes (e.g., single-layer -S-Hg-Cl and double-layer -S-Hg-O-Hg-Cl and -S-Hg-O-Hg-OH) formed during the adsorption process under a wide range of pH were synergistically and systematically unveiled using advanced tools. Overall, this work presents an applicable approach by tailoring MOF into a sponge substrate to achieve its real application in heavy metal removal from water, especially for Hg(II).
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