Self-Assembly of Poly(ethyleneimine)-Modified g-C3N4 Nanosheets with Lysozyme Fibrils for Chromium Detoxification

化学 水溶液 物理吸附 吸附 弗伦德利希方程 六价铬 介孔材料 朗缪尔 零电荷点 核化学 化学工程 有机化学 催化作用 工程类
作者
Emmanuvel Arputharaj,A. Santhana Krishna Kumar,Wei‐Lung Tseng,Shiuh‐Jen Jiang,Yeou‐Lih Huang,Hans‐Uwe Dahms
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (23): 7147-7155 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c00716
摘要

We disclose a straightforward approach to fabricate nanocomposites for efficient capture of Cr(VI) from an aqueous solution through the self-assembly of poly(ethyleneimine)-modified graphitic carbon nitride nanosheets (PEI-g-C3N4 NSs) and lysozyme fibrils (LFs). The as-made PEI-g-C3N4 NSs@LFs exhibited mesoporous structures with a high specific surface area of 39.6 m2 g-1, a large pore volume of 0.25 cm3 g-1, several functional groups (e.g., -N, -NH, -NH2, and -COOH), and a zero-point charge at pH 9.1. These merits allow the PEI-g-C3N4 NSs@LFs to further enhance their physical adsorption and electrostatic attraction with the negatively charged Cr(VI) species of HCrO4- and CrO42-, which is beneficial for the uptake of Cr(VI), >80%, from an aqueous solution in a wide pH range. Interestingly, X-ray photoelectron spectra indicate that the PEI-g-C3N4 NSs@LFs converted Cr(VI) to Cr(III) through visible-light-induced photoreduction. The adsorption of Cr(VI) on the surface of PEI-g-C3N4 NSs@LFs was found to obey the Freundlich isotherm model, signifying that they have a heterogeneous surface for the multilayer uptake of Cr(VI). In contrast, the PEI-g-C3N4 NSs and LFs as Cr(VI) adsorbents followed the Langmuir isotherm model. Adsorption kinetic studies showed that the uptake of Cr(VI) through the PEI-g-C3N4 NSs@LFs was highly correlated with a pseudo-first-order model, suggesting that physisorption dominates the interaction of Cr(VI) and the PEI-g-C3N4 NSs@LFs. In real-life applications, the PEI-g-C3N4 NSs@LFs were used for the detoxification of the total chromium in the industrial effluent and sludge samples.
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