Chitosan-based adsorptive membrane modified by carboxymethyl cellulose for heavy metal ion adsorption: Experimental and density functional theory investigations

羧甲基纤维素 吸附 聚乙烯醇 化学 水溶液中的金属离子 金属 纤维素 壳聚糖 核化学 无机化学 有机化学 生物化学
作者
Mohammad Khajavian,Sadegh Kaviani,Irina Piyanzina,D. A. Tayurskiı̆,Oleg V. Nedopekin
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:257: 128706-128706 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.128706
摘要

Low adsorption capacity and weak mechanical stability are the main drawbacks of chitosan (CS)-based adsorptive membranes for heavy metal ion removal. Polyvinyl alcohol (PVA) has been used to improve the mechanical stability of CS membranes, but adsorption capacity is disregarded. In the current study, the surface of the chitosan/polyvinyl alcohol (CP) membrane was modified using carboxymethyl cellulose (CMC) to increase its heavy metal ion adsorption capacity. Experimental and density functional theory (DFT) calculations were used to evaluate the heavy metal ion (As3+ and Cr3+) adsorption capabilities of CP and carboxymethyl cellulose-functionalized CP (CMC-CP) membranes. The batch adsorption process presented a higher heavy metal adsorption capacity of the CMC-CP membrane (As3+/CMC-CP = 234.78 mg/g and Cr3+/CMC-CP = 230.12 mg/g) compared to the CP membrane (As3+/CP = 89.02 mg/g and Cr3+/CP = 75.61 mg/g). The heavy metal/CMC-CP complexes confirmed higher adsorption energies (As3+/CMC-CP = −23.62 kcal/mol and Cr3+/CMC-CP = −23.21 kcal/mol) than the heavy metal/CP complexes (As3+/CP = −3.47 kcal/mol and Cr3+/CP = −2.92 kcal/mol). The electronic band structure was higher for CMC-CP (5.42 eV) compared to CP (4.43 eV). Experimental and theoretical findings were close, implying that the CMC-CP membrane has superior heavy metal adsorption capability than the CP membrane.
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