A novel ZIF-8@IL-MXene/poly (N-isopropylacrylamide) nanocomposite hydrogel toward multifunctional adsorption

吸附 纳米复合材料 自愈水凝胶 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 化学工程 解吸 弗伦德利希方程 单体 材料科学 聚合 原位聚合 复合数 化学 高分子化学 聚合物 复合材料 有机化学 共聚物 工程类
作者
Qian Wang,Jing Qiao,Yukun Xiong,Fuping Dong,Yuzhu Xiong
出处
期刊:Environmental Research [Elsevier]
卷期号:242: 117568-117568 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.envres.2023.117568
摘要

Phenols, dyes, and metal ions present in industrial wastewater can adversely affect the environment and leach biological carcinogens. Given that the current research focuses only on the removal of one or two of those categories. Herein, this work reports a novel ZIF-8@IL-MXene/Poly(N-isopropylacrylamide) (NIPAM) nanocomposite hydrogel that can efficiently and conveniently absorb and separate multiple pollutants from industrial wastewater. Ionic liquid (IL) was grafted onto MXene surfaces using a one-step method, and then incorporated into NIPAM monomer solutions to obtain the IL-MXene/PNIPAM composite hydrogel via in-situ polymerization. ZIF-8@IL-MXene/PNIPAM nanocomposite hydrogels were obtained by in-situ growth of ZIF-8 on the pore walls of composite hydrogels. As-prepared nanocomposite hydrogel showed excellent mechanical properties and can withstand ten repeated compressions without any damage, the specific surface area increased by 100 times, and the maximum adsorption capacities for p-nitrophenol (4-NP), crystal violet (CV), and copper ion (Cu2+) were 198.40, 325.03, and 285.65 mg g−1, respectively, at room temperature. The VPTTs of all hydrogels ranged from 33 to 35 °C, so the desorption process can be achieved in deionized water at 35–40 °C, and its adsorption capacities after five adsorption-desorption cycles decreased to 79%, 91%, and 29% for 4-NP, CV, and Cu2+, respectively. The adsorption data fitting results follow pseudo-second-order kinetics and Freundlich models, which is based on multiple interactions between the functional groups contained in hydrogels and adsorbent molecules. The hydrogel is the first to realize the high-efficiency adsorption of phenols, dyes and metal ions in industrial wastewater simultaneously, and the preparation process of hydrogels is environmentally friendly. Also, giving hydrogel multifunctional adsorption is beneficial to promote the development of multifunctional adsorption materials.

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