Preparation of a novel CSM@ZIF-67 composite microsphere to facilitate Congo red adsorption from dyeing wastewater

吸附 微球 染色 化学工程 刚果红 材料科学 复合数 废水 化学 制浆造纸工业 复合材料 有机化学 废物管理 工程类
作者
Yan Zhao,Ning Yuan,Di Bian,Jian‐Jun Sun,Guangsheng Qian
出处
期刊:Environmental Technology [Taylor & Francis]
卷期号:45 (11): 2255-2267 被引量:12
标识
DOI:10.1080/09593330.2023.2169640
摘要

ABSTRACTChitosan (CS) is commonly used as an adsorbent for wastewater treatment because of its low cost, strong adsorption properties, and high availability of raw materials required for its production. However, CS exhibits limited adaptability to pH, poor mechanical properties, and high swelling in aqueous media; these limitations restrict its widespread use. To address these issues, herein, zeolitic imidazolate framework-67 (ZIF-67) is loaded onto crosslinked CS microspheres (CSM) to prepare CSM@ZIF-67, a composite adsorbent. Next, the CSM@ZIF-67 is applied to the treatment of Congo red (CR) dye, which is typically present in printing and dyeing wastewater. The results demonstrate that the in situ synthesis of metal-organic frameworks (MOFs) on CSM improve the dispersion of MOFs and preserve the morphology of the MOFs. The adsorption equilibrium of CSM@ZIF-67 is reached within 150 min, and its adsorption capacity is as high as 538.4 mg/g at a pH of 9 and temperature of 25 °C. The CR adsorption process is consistent with the pseudo-second-order kinetic and Langmuir isotherm models, thus revealing that chemisorption is the primary rate-limiting step, and the pollutants are adsorbed on the adsorbent surface in a monolayer. Experiments on material cycling and regeneration performance reveal that the removal efficiency of CSM@ZIF-67 remains above 90%, even after five rounds of adsorption. CSM@ZIF-67 has abundant functional groups and adsorption sites and can efficiently remove CR through mutual interactions between the metal coordination effect, π-π conjugation, hydrogen bonding, and electrostatic interactions.
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