リサイクル可能な水性金属吸着材。FeOナノ粒子@グラフェン-ポリ-N-フェニルグリシンナノファイバーの三元系ナノコンポジットの合成とCu(II)収着特性

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J. Hazard. Mater..2020 Jun;401:123283. S0304-3894(20)31272-3. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123283.Epub 2020-06-22.

リサイクル可能な水性金属吸着材。FeOナノ粒子@グラフェン-ポリ-N-フェニルグリシンナノファイバーの三元系ナノコンポジットの合成とCu(II)収着特性

Recyclable aqueous metal adsorbent: Synthesis and Cu(II) sorption characteristics of ternary nanocomposites of FeO nanoparticles@graphene-poly-N-phenylglycine nanofibers.

Hyeong Jin Kim
Hyuk Choi
Abhishek Kumar Sharma
Won G Hong
Koo Shin
Hocheol Song
Hyun You Kim
Young Joon Hong

PMID: 32652415 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123283.

抄録

金属汚染物質吸着材は、持続可能な環境浄化のための重要な材料であるが、吸着材は一般的に吸着後は使い捨てであり、環境を二次的に汚染している。本研究では、脱プロトン化ポリ-N-フェニルグリシンナノファイバー(d-PPG NF)をグラフト化した還元グラフェン酸化物(rGO)シートにFeOナノ粒子(NP)をインターカレーションしたリサイクル可能なCu(II)吸着材を開発した。三元系FeO NPs@rGO-d-PPG NFと二元系FeO NPs@rGOの吸着性能を比較した結果、フロイントリッヒ吸着モデルに従うd-PPG NFの高い比表面積と高いカチオン親和性により、三元系は様々なpH条件下で二元系よりもはるかに高いCu吸着能を示した。密度汎関数理論の計算結果は、三元系複合材料が高pH環境下でより高いCu吸着能を示す理由とその理由を説明するものである。三元系複合材料は、二元系銅およびCo水溶液中のCo濃度にかかわらず、安定した高いCu吸着能を示した。また、三元系複合材料に含まれるFeO NPは、吸着バッチ後に磁石を用いて回収することが可能であり、10回以上の吸着剤の再利用でも吸着能力の劣化はなく、回収率は約95%である。この研究は、水の浄化・浄化のための再利用可能な吸着材を合成するための一般的で有望な経路を提供するものである。

Metal pollutant adsorbents are an essential material platform for sustainable environmental remediation, but the adsorbents are typically disposable after sorption, which secondarily contaminates the environment. We report on recyclable Cu(II) adsorbent of deprotonated poly-N-phenylglycine nanofibers (d-PPG NFs)-grafted reduced graphene oxide (rGO) sheets intercalated with FeO nanoparticles (NPs), which are synthesized via wet chemical process. The adsorption performances of ternary FeO NPs@rGO-d-PPG NFs and binary FeO NPs@rGO composites are compared, and the ternary ones exhibit much higher Cu-adsorption capacity than binary ones under diverse pH conditions due to both high specific surface area and high cationic affinity of d-PPG NFs that follow the Freundlich adsorption model. Density-functional theory calculation results explain why/how the ternary composites show greater Cu adsorption capability in higher pH environment. The ternary composites present stable, high Cu adsorption capability, irrespective of Co concentration in bimetallic Cu and Co aqueous solution. The FeO NPs in the ternary composites allow magnet-assisted collection after adsorption batches, whose collection yield is ∼95 % without adsorption capacity degradation in repeated adsorbent reuses over 10 times. This study provides a general, promising pathway to synthesize reusable sorptive materials for water purification/remediation.