Highly efficient and selective Hg(II) removal from water by thiol-functionalized MOF-808: Kinetic and mechanism study

吸附 化学 X射线光电子能谱 傅里叶变换红外光谱 动力学 核化学 催化作用 化学工程 无机化学 选择性 有机化学 量子力学 物理 工程类
作者
Chenghan Ji,Yi Ren,Hang Yu,Ming Hua,Lu Lv,Weiming Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 132960-132960 被引量:107
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132960
摘要

Mercury pollution poses a serious threat to the ecological environment and public health due to its high toxicity and persistence, but there is still a lack of rapid and effective Hg(II) removal technology, especially emergency response of Hg(II) leakage. Herein, an effective metal-organic framework adsorbent, MOF-808-SH, was fabricated by grafting thioglycollic acid on MOF-808 for Hg(II) removal. The MOF-808-SH demonstrated high adsorption capacity of 977.5 mg/g, impressively ultrafast adsorption kinetics (C0 = 10 mg/L, removal > 99 % in 10 s) with a rate constant k of 36.89 g mg−1 min−1, which is dozens of times faster than that of ever reported Hg(II) adsorbents. Batch experiments show that MOF-808-SH exhibits high selectivity toward Hg(II) with a distribution coefficient Kd as high as 5.0×106 mL/g. Moreover, MOF-808-SH exhibits excellent recyclability with a negligible loss of capacity after 6 adsorption-regeneration cycles. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectrometry (XPS) unveil that the –SH groups in MOF-808-SH are the key adsorption sites, and specific inner-sphere coordination with Hg(II) is responsible for the high selectivity. In addition, large surface area, well-developed porous structures and high –SH loading of MOF-808-SH reasonably explains ultrafast kinetics and high adsorption capacity for Hg(II). This study indicates the potential of MOF-808-SH to remove Hg(II) from wastewater.
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