Shapeable sodium alginate aerogel beads incorporated with L-cysteine-modified defective UiO-67 for heavy metal ions removal

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作者
Mengshuo Du,Youyu Cao,Xueli Luo,Weixia Yang,Wanmei Lin,Yingying Wang,Wenzhi Tang,Zhonghong Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:475: 146289-146289 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146289
摘要

Threats caused by heavy metal ions have prompted people to develop porous and functionalized materials to remove them. Metal–organic frameworks (MOFs) show potential for heavy metal ions removal due to the high specific surface area, tunable pore size, flexible designability and favorable stability. However, the intrinsic microporous structure and powder form limit their applications. Herein, we designed a shapeable aerogel bead incorporated with L-cysteine-modified defective UiO-67 for Pb(II), Cd(II) and Cu(II) adsorption. The pristine UiO-67 powders were firstly modified by introducing the modulator (octanoic acid) and an extra ligand (2,2′-bipyridine-5,5′-dicarboxylic acid) to construct defects, both of them competed with the original ligand to coordinate to Zr clusters, resulting in an increased BET surface area (from 337.66 to 1,037.14 m2/g) and mesoporous ratio (from 34 % to 74 %) of the pristine UiO-67. Then, the graft of L-cysteine containing –COOH and –SH introduced more active adsorption sites. Moreover, the powder material was incorporated into sodium alginate aerogel beads which enhanced the recyclability and further improved the adsorption capacity for Pb(II), Cd(II) and Cu(II). These appealing advantages endow the adsorbent with quicker adsorption equilibrium (240 min), and outstanding removal capacities for Pb(II) of 661.2 mg/g, Cd(II) of 296.2 mg/g and Cu(II) of 326.4 mg/g. The chelation and ions exchange between the numerous functional groups including –COOH, –OH and –SH and the heavy metal ions are the main mechanisms for effective adsorption. This work provided a novel approach for the application of MOFs in environmental remediation.
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