Characterization and quantification of chromate adsorption by layered porous iron oxyhydroxide: An experimental and theoretical study

铬酸盐转化膜 吸附 多孔性 化学 表征(材料科学) 化学工程 材料科学 多孔介质 环境化学 冶金 纳米技术 腐蚀 复合材料 有机化学 工程类
作者
Zongsu Wei,Shuang Luo,Ruiyang Xiao,Rafail Khalfin,Raphael Semiat
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:338: 472-481 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2017.06.001
摘要

The inner structure of iron oxyhydroxide agglomerates (IOAs) prepared from hydrolysis of ferric chloride was characterized and correlated to surface complexation of hexavalent chromium, Cr(VI), in a broad range of pH (3-12) and ionic strengths (0.0-5.0M). Evolution of particle size, morphology, and surface activity, combined with density functional theory (DFT) calculations, support the condensation reaction initiated formation of IOAs in three levels: iron nanoparticles to nanolayers to agglomerates. This agglomeration process led to a layered porous structure for aqueous-phase IOAs resulting in a rapid and high removal of Cr(VI) in batch tests. By integrating adsorption results, thermodynamic modeling, and quantum chemical calculations for the adsorption reactions, a quantitative distribution profile for each surface coordination of Cr(VI) ions (i.e., monodentate, bidentate, and hydrogen-bonding) was established. Results of this study are important to understand the fundamental mechanism of IOAs formation in aqueous phase and the intrinsic nature of surface complexations at the mineral-water interface for optimal Cr(VI) removal in hypersaline waste streams.
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