用于高吸附的颗粒状三维氧化石墨烯/UiO-66吸附剂的制造:密度功能理论和固定床柱研究

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 环境化学环境化学
• 纳米技术 纳米技术

背景情况:

• 水体中的污染对环境和健康构成重大风险.
• 开发高效,具有成本效益的吸附剂来去除对于环境修复至关重要.
• 石墨烯氧化物 (GO) 和金属有机框架 (MOF) 显示出作为吸附材料的前景.

研究的目的:

• 制造一种新型复合材料,3D-GO/U,通过将石墨烯氧化物 (GO) 与UIO-66合,以增强 (U) 吸附.
• 研究开发材料的U(VI) 吸附性能,机制和再生能力.
• 评估3D-GO/U-10在水处理中的实际应用潜力.

主要方法:

• 用胺甲修饰的颗粒状三维GO (3D-GO) 的制造.
• 用UIO-66对3D-GO进行合,以制造3D-GO/U复合物,特别是3D-GO/U-10.
• 吸附异温研究,pH依赖性性能评估和再生实验.
• 现场表面增强拉曼光谱 (SERS) 和密度功能理论 (DFT) 模拟以阐明吸附机制.
• 连续流量柱实验,以评估长期性能和可重复使用性.

主要成果:

• 3D-GO/U-10 具有 375.5 mg g-1 的高 U (VI) 吸附能力.
• 该材料在广泛的pH范围内保持了高的U(VI) 吸附性能.
• DFT模拟确定了UiO-66上的对称金属中心位置Zr-O₂作为通过电子转移和共价键结合进行U(VI) 吸附的关键.
• 使用Na₂CO₃/H₂O₂溶液成功再生了吸附剂,在第五个周期中实现了89.7%的U(VI) 除去.
• 连续流体实验显示,在4个循环中,稳定的U(VI) 清除能力为76%左右.

结论:

• 开发的3D-GO/U-10复合材料显示出优异的吸附能力和对U6的选择性.
• 该材料具有良好的可重复使用性和稳定性,使其适合于实际的水处理应用.
• 这种新型吸附剂对污染水体的有效整治具有重大潜力.