Zeolitic Imidazolate Framework-8 with High Efficiency in Trace Arsenate Adsorption and Removal from Water

吸附 砷酸盐 化学 X射线光电子能谱 傅里叶变换红外光谱 沸石咪唑盐骨架 咪唑酯 无机化学 氢键 范德瓦尔斯力 溶解 化学工程 红外光谱学 分子 金属有机骨架 有机化学 工程类
作者
Jie Li,Yi‐nan Wu,Zehua Li,Bingru Zhang,Miao Zhu,Xiao Hu,Yiming Zhang,Fengting Li
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:118 (47): 27382-27387 被引量:231
标识
DOI:10.1021/jp508381m
摘要

The development of highly efficient adsorbents, especially those aimed at the capture of trace (ppb, 10–9) arsenate, is one of the principal challenges in the water treatment field. In this article, zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) was explored for the removal of trace arsenate from water. Results showed that ZIF-8 outperformed some other adsorbents and owned the first and highest reported adsorption capacity (76.5 mg g–1) at a low equilibrium concentration (9.8 μg L–1). Satisfactory adsorption properties (adsorption capacity, adsorption rate, adaptability to water environment, regeneration capacity) demonstrated the feasibility of using ZIF-8 as an efficient adsorbent for the removal of aquatic trace arsenate. In addition, Fourier transform infrared (FTIR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra revealed the proposed mechanism of As(V) adsorption onto ZIF-8: producing large amounts of external active sites (Zn–OH) through the dissociative adsorption of water and subsequently forming an inner-sphere complex with the arsenate molecule. Insights into the adsorption process uncovered the key factors to the formation of this high removal efficiency: the hydration process to form a surface hydrogen group by dissociative adsorption of water; the high accessible surface area; and the cooperative interaction (e.g., van der Waals' force and hydrogen bonding) between As(V) species at low surface coverage.
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