Doping of carbon into boron nitride to get the increased adsorption ability for tetracycline from water by changing the pH of solution

吸附 化学 质子化 滴定法 吸热过程 氢键 朗缪尔吸附模型 无机化学 氧气 氮化硼 碳纤维 氮化碳 堆积 材料科学 分子 物理化学 有机化学 离子 催化作用 复合数 复合材料 光催化
作者
Yong Guo,Congcong Yan,Peifang Wang,Lei Rao,Chao Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:387: 124136-124136 被引量:127
标识
DOI:10.1016/j.cej.2020.124136
摘要

• Carbon-doped boron nitride (BCN) is synthesized via oxygen-limited method. • BCN can capture protons and exist in protonated form in solution. • BCN can increase the pH of tetracycline (TC) solution from 3.80 to 7.87. • TC adsorption by BCN is 76.74 mg·g −1 in pH 7.87, and 63.08 mg·g −1 in pH 3.80. • Some of the captured protons by BCN can transfer to TC during adsorption process. A series of carbon-doped boron nitride (BCN) are synthesized via oxygen-limited method, in which BCN-0.6 has the best adsorption quantity for tetracycline (TC). BCN-0.6 can capture protons and increase the pH of TC solution from 3.80 to 7.87, which makes that TC changes to negative state (pH 7.87) from neutral state (pH 3.80). BCN-0.6 exists in protonated form in solution. TC adsorption quantity by BCN-0.6 in pH 7.87 is higher than that in pH 3.8 (76.74 mg·g −1 vs. 63.08 mg·g −1 ), being due to that these captured protons can also interact with these oxygen-containing groups in TC via hydrogen bonding. The hydroxyl numbers of BCN-0.6 have been determined via Boehm titration method for clarifying the contribution of these surface hydroxyl for TC adsorption. In addition, some of the captured protons by BCN-0.6 can transfer to TC during adsorption process, increasing the electrostatic interaction between BCN-0.6 and TC. Experimental and theoretical studies support that hydrogen bonding, electrostatic interaction and π…π stacking are main driving force for TC adsorption by BCN-0.6. Langmuir isotherm model and pseudo-second-order kinetic model are suitable to describe the adsorption of TC by BCN-0.6. And, this adsorption is an endothermic process. The adsorption performance of BCN-0.6 for TC is easily regenerated by washing with water. Furthermore, the per unit specific surface adsorption capacity (4.102 mg·m −2 ) of BCN-0.6 for TC is far higher than that of commercial activated carbon for TC (0.163 mg·m −2 ), suggesting that BCN-0.6 is a good adsorbent for water purification.
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