Insights into metal-organic frameworks HKUST-1 adsorption performance for natural organic matter removal from aqueous solution

吸附 水溶液 金属有机骨架 化学 微型多孔材料 傅里叶变换红外光谱 朗缪尔吸附模型 煅烧 化学工程 吸热过程 腐植酸 解吸 核化学 无机化学 有机化学 催化作用 工程类 肥料
作者
Xiaoyan Ma,Lei Wang,Hong Wang,Jing Deng,Yali Song,Qingsong Li,Xueyan Li,Andrea M. Dietrich
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:424: 126918-126918 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.126918
摘要

Natural organic matter (NOM) has rich halogenation reactive sites, therefore acts as the main precursor of disinfection byproducts (DBPs) in the chlorine disinfection process during drinking water treatment. In this research, high-quality metal-organic framework HKUST-1 is rapidly synthesized by a solvothermal method, and we are the first to report adsorption of aqueous humic acid (HA), representing NOM, and its adsorption behavior, influencing factors, and recycling capability. The crystalline HKUST-1 possessed a microporous framework with a high 1385 m2/g specific surface area, and three-dimensional structure as characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM). 99% removal of 5 mg/L HA was observed at pH 5.8, room temperature, and 0.6 g/L HKUST-1. The maximum capacity was 14.42 mg HA/g HKUST-1 at room temperature. The Langmuir adsorption isotherm, quasi-second-order kinetic model, and thermodynamic parameters accurately describe the spontaneous and disorderly endothermic adsorption of HA by HKUST-1. The desorption regeneration process was accomplished by washing HKUST-1 with NaOH and calcination; it showed that HKUST-1 was viable in three regeneration cycles. The mechanism of HA adsorption by HKUST-1 is electrostatic and synergistic interaction between π-π bonding, and hydrogen bonding. HKUST-1 is a potential treatment strategy to remove NOM.
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