Lutter contre la pollution par les colorants dans l’eau avec des structures métallo-organiques

Dans une revue récemment publiée dans la revue en libre accès énergiesles chercheurs ont discuté des progrès récents dans le développement d’adsorbants dérivés de la structure organométallique (MOF) et de leur utilité pour l’élimination des colorants de l’environnement aquatique.

Étude: Progrès récents dans les adsorbants à base de MOF pour l’élimination des colorants de l’environnement aquatique. Crédit d’image : Kanghophoto/Shutterstock.com

L’eau est l’élément le plus important pour la vie sur la planète. La pollution et la rareté de l’eau sont des problèmes environnementaux majeurs partout dans le monde. Les colorants sont l’un des polluants les plus dangereux dans les ressources en eau. Par conséquent, les eaux usées contaminées par des colorants doivent être traitées avant d’être rejetées dans l’environnement.

Pour le traitement des eaux usées de teinture, la technologie d’adsorption a été présentée comme une solution populaire, peu coûteuse, efficace, simple et rapide. Trouver de nouveaux adsorbants ou modifier les adsorbants actuels pour obtenir de meilleures conditions d’adsorption et une plus grande capacité d’adsorption a longtemps été une priorité dans ce domaine. Pour les applications d’élimination des colorants, les MOF ont été présentés comme des adsorbants à haute performance.

Les MOF ont des caractéristiques remarquables qui peuvent améliorer les performances de séparation par rapport aux adsorbants commerciaux actuels, et ces matériaux représentent donc une avancée significative dans l’amélioration de l’élimination des colorants des systèmes de traitement de l’eau.

À propos de l’étude

Dans la présente étude, les auteurs ont discuté des progrès récents réalisés dans la personnalisation des structures MOF pour l’élimination du colorant de l’environnement aquatique. Cette revue présente les méthodologies synthétiques utilisées pour améliorer l’efficacité de l’adsorption, ainsi que les principaux mécanismes d’adsorption et les paramètres les plus importants dans l’élimination des colorants par adsorption à l’aide de MOF. L’amélioration des performances de séparation des adsorbants à base de MOF a également été décrite.

L’équipe a déterminé l’impact de l’ajout de différents groupes fonctionnels et nanomatériaux aux MOF, tels que les groupes fonctionnels amine, les matériaux à base de carbone et les nanoparticules magnétiques comme le CNT et l’oxyde de graphène, sur la dispersion dans l’eau, la stabilité de l’eau, les interactions entre le contaminant et la structure MOF, et la capacité d’adsorption. Les problèmes auxquels sont confrontés les matériaux à base de MOF lorsqu’il s’agit d’éliminer les colorants de l’eau, ainsi que les futures directions de recherche potentielles ont également été discutés.

Les propriétés des MOF optimisés et nus dans l’élimination des colorants par adsorption ont été illustrées, et les propriétés et les performances des MOF en tant qu’adsorbants, ainsi que les progrès récents dans l’élimination des colorants des environnements aquatiques à l’aide de cadres d’imidazolate zéolitique (ZIF), de MOF à base de zirconium, d’amine -des MOF fonctionnalisés, des MOF magnétiques et des nanocomposites de nanotubes de carbone (CNT)-MOF et d’oxyde de graphène (GO)-MOF ont été démontrés. En outre, les effets du pH, de la dose d’adsorbant, du temps de contact et de la concentration initiale de colorant sur l’élimination du colorant à l’aide de MOF ont été explorés.

Remarques

Les capacités maximales d’adsorption du bleu de méthylène (MB), du bleu basique (BB) 41 et du BB46 étaient respectivement de 862, 1257 et 1296 mg/g. La capacité d’adsorption à l’équilibre (qet) de Mo par Fe3OU4@MIL-100(Fe) a augmenté de 28 mg/g à 42 mg/g lorsque le pH a été augmenté de 2 à 9.

Pour l’adsorption AO7, la plus grande capacité trouvée pour UiO-66, NHdeux-UiO-66, CNT/UiO-66 et GO/UiO-66, respectivement, étaient de 42,6, 55, 80,6 et 66,198 mg/g. Pour l’adsorption AY17, la plus grande capacité obtenue pour UiO-66, NHdeux-UiO-66, CNT/UiO-66 et GO/UiO-66, respectivement, étaient de 22,3, 81,8, 86,4 et 63,2 mg/g, respectivement. L’ajout de 5 % (p/p) de GO au MOF a augmenté la capacité d’adsorption de 1019 mg/g à 1231 mg/g pour le MB et de 667 à 1189 mg/g pour le méthyl orange (MO).

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En raison de l’augmentation des sites d’adsorption actifs, l’efficacité d’élimination du MB et du vert de malachite (MG) a été augmentée de 94,6 % et 93,8 %, respectivement, lorsque la dose d’adsorbant a été augmentée. L’efficacité d’élimination du MB à l’aide d’UiO-66 est passée de 30 % à 70 % lorsque la dose initiale d’UiO-66 est passée de 0,1 à 0,5 g/L. Lorsque la dose de MIL-100(Fe) est passée de 1 à 50 mg, le pourcentage d’adsorption de bleu de méthyle et de MB a été augmenté de 65 à 80 % et de 75 à 99 %, respectivement.

Des absorbants à base de MOF ont été utilisés pour éliminer les colorants tels que le méthyl orange, le MB, l’acide orange 7, le rouge Congo, le MG, le rouge acide 1, le bleu de chrome acide K, le rouge de méthyle, l’orange G, le BB 41, le rouge neutre, la rhodamine B, la safranine T, éosine, fuchsine basique, fuchsine acide, rouge alizarine S, xylène orange, noir réactif 5, etc.

conclusion

En conclusion, cette revue a révélé que les structures les plus étudiées dans les applications d’élimination de colorants sont les structures MOF de type Institut Lavoisier (MIL) avec des caractéristiques personnalisables pour l’adsorption sélective, les MOF à base de zirconium avec une stabilité exceptionnelle dans des conditions acides et aqueuses acides, et les structures ZIF. .avec une grande capacité d’adsorption et une grande surface spécifique.

Les structures MOF fonctionnalisées par une amine peuvent améliorer les interactions électrostatiques et les liaisons hydrogène entre la structure adsorbante et les molécules de colorant afin d’augmenter la capacité d’adsorption. L’utilisation de composites graphène-MOF pourrait améliorer les interactions électrostatiques et π-π, ce qui peut augmenter la capacité d’adsorption. Les auteurs ont souligné qu’en raison de leurs architectures en forme de sandwich et de l’inclusion de graphène dans la structure, ces composites ont une stabilité thermique élevée.

La source

Beydaghdari M, Saboor FH, Babapoor A, et al. Progrès récents dans les adsorbants à base de MOF pour l’élimination des colorants de l’environnement aquatique. Énergies 15(6), 2023 (2022). https://www.mdpi.com/1996-1073/15/6/2023

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