Efficient Selective Removal of Pb(II) by Using 6-Aminothiouracil-Modified Zr-Based Organic Frameworks: From Experiments to Mechanisms

吸附 材料科学 纳米技术 金属有机骨架 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Chao Xiong,Shixing Wang,Peng Hu,Liyun Huang,Can Xue,Zujin Yang,Xiantai Zhou,Yongqing Wang,Hongbing Ji
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 7162-7178 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acsami.9b19516
摘要

We report an efficient, reusable, and selective 6-aminothiouracil (ATA)-modified Zr(IV)-based adsorbent (defined as UiO-66-ATA(Zr)) for lead ion removal in water. The adsorption equilibrium time and the maximum sorption capacity of UiO-66-ATA(Zr) for Pb(II) are, respectively, 120 min and 386.98 mg/g at pH 4 and 298 K. The Pb(II) removal rate reaches 96% at 60 min and exceeds 99% at the equilibrium state in the pH range of 2.0-5.8. Hill and pseudo-second-order models can well describe the sorption process. Pb(II) adsorbing onto UiO-66-ATA(Zr) is an irreversible, favorable chemisorption process with multimolecule participation and film diffusion control. The calculations of density functional theory, the experimental results, and the characterization analyses suggest that the binding mechanisms are the chelation and ion-exchange/electrostatic interactions between hydroxyl/amino/sulfhydryl groups of UiO-66-ATA(Zr) and Pb(II). Besides, UiO-66-ATA(Zr) has a better affinity to Pb(II) than the coexisting ions in water and an excellent repeatability at eight cycles of adsorption. Moreover, the thermodynamic study shows that UiO-66-ATA(Zr) adsorbing Pb(II) is an endothermic reaction. Thus, UiO-66-ATA(Zr) is a prospective sorbent for Pb(II) removal under the initiative of environmental protection and water purification, and this work may also provide an idea for industrial catalysis.
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