Micro-mechanism insights into the adsorption of anionic dyes using quaternary ammonium-functionalised chitosan aerogels

壳聚糖 吸附 气凝胶 甲基橙 化学 氢键 热稳定性 化学工程 范德瓦尔斯力 分子 材料科学 有机化学 纳米技术 光催化 催化作用 工程类
作者
Nan Du,Li-Yuan Huang,Yan-Shu Xiong,Run Tian,Jiangyu Yin,Danyu Cao,Dongbin Hu,Hai‐Qin Lu,Wen Li,Kai Li
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:313: 120855-120855 被引量:98
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.120855
摘要

The development of adsorbents with outstanding adsorption capacities, wide versatility, and excellent recyclability for the removal of organic dyes remains a challenge. In this study, a quaternised chitosan-based aerogel (QCSA) was fabricated via a facile method to effectively treat concomitant anionic dyes. Porous QCSA with high hydrophilicity, nontoxicity, excellent thermal stability, and sustainability exhibits adsorption properties superior to most previously reported adsorbents. The equilibrium adsorption capacities for Congo red, Sunset yellow, and Methyl orange were 1259.6, 550.2, and 607.5 mg/g, respectively. Notably, the spent QCSA exhibits excellent cyclic performance. The multilayer adsorption, external-internal mass transfer resistance, and adsorption on the active site models were employed to enable a more accurate description of the dynamic characteristics, confirming that double-layer chemisorption was the dominant process. A quantitative analysis of the electrostatic potential and the independent gradient model further verified that electrostatic interactions, hydrogen bonding, and van der Waals forces led to the highly efficient adsorption of dye molecules. Therefore, the eco-friendly and recyclable QCSA is a promising adsorbent for trapping anionic dyes from aquatic systems.
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