Ultra-High Adsorption Capacity of Calcium–Iron Layered Double Hydroxides for HEDP Removal through Phase Transition Processes

吸附 层状双氢氧化物 相(物质) 过渡金属 化学 相变 无机化学 化学工程 材料科学 热力学 催化作用 有机化学 物理 工程类
作者
Yue Zhao,Menglan Xu,Shuyang Ren,Jie Yu,Tong Li
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (43): 19514-19522 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c06464
摘要

Antiscalant disposal in reverse osmosis concentrate (ROC) treatment is a significant obstacle in desalination. This study investigated the adsorption performance of LDHs for removing 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid (HEDP). CaFe-LDH presented a specific adsorption behavior and ultrahigh adsorption capacity for HEDP, with a maximum adsorption capacity of 335.7 mg P/g (1116.5 mg HEDP/g) at pH 7.0. X-ray diffraction (XRD) demonstrated that HEDP adsorption induced a structural transformation of CaFe-LDH from a layered configuration to a highly ordered structure, leading to a noticeable phase transition. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and Raman spectroscopy further confirmed that two distinct binding modes of HEDP, relating to chelation with Ca 2+ and adsorption on Fe 3+ simultaneously, are connected by phosphonic acid groups (−C–PO(OH) 2 ), forming the CaFe-HEDP complex. X-ray fluorescence (XRF) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses revealed that the CaFe-HEDP ternary complex exhibits a highly ordered arrangement in an oxygen-bridged framework. The construction of an oxygen-coordinated framework contributes to the incorporation of more HEDP into CaFe-LDH, leading to a well-aligned lattice in the new phase. These findings provide valuable insights into developing novel LDH-based adsorbents for removing phosphorus-containing antiscalants, establishing a sustainable approach to ROC management, and potential environmental risk reduction.
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