Experimental and DFT Studies of Antibiotics Removal Through Activated Carbon: A Step‐by‐Step Adsorption Process at Atomic Level

吸附 过程(计算) 活性炭 碳纤维 抗生素 化学 化学工程 计算化学 材料科学 物理化学 计算机科学 工程类 生物化学 复合材料 复合数 操作系统
作者
Khan Badshah,Qaisar Ali,Adnan Ali Khan,Rashid Ahmad,Iftikhar Ahmad
出处
期刊:ChemistrySelect [Wiley]
卷期号:9 (44) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/slct.202402422
摘要

Abstract In this paper, starch‐based porous activated carbon adsorbent (KOH@SAC) is prepared, characterized (by BET, SEM, XRD, FTIR and TGA), and assessed for the removal of broad‐spectrum antibiotics, cefotaxime (CEFO), and ceftriaxone (CEFT), from aqueous solutions. The experimentally measured adsorption capacity of KOH@SAC is 333.76907 ± 6.01983 mg g −1 for CEFO and 262.42692 ± 11.252 mg g −1 for CEFT. The negative change in Gibbs free energy with the increase in temperature and positive change in enthalpy, for both antibiotics, reveal spontaneous, and endothermic nature of adsorption. The experimental data follows Langmuir, DR, Freundlich, and Temkin adsorption isotherms. The reaction follows pseudo‐second‐order kinetics and is controlled by film diffusion and Intraparticle diffusion concurrently. Quantum mechanical, Density Functional Theory (DFT) calculations are also carried out to verify the experimental results. These results provide a clear understanding of the step‐by‐step adsorption process at the atomic level. The DFT results revealed that oxygen, sulfur and nitrogen atoms of the CEFO and CEFT are the active sites that lead to its adsorption onto KOH@SAC. The experimental and theoretical results presented in this paper reveal that KOH@SAC is an efficient adsorbent for the removal of hazardous antibiotics from water.
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