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Nanoconfined Hydrated Zirconium Oxide for Selective Removal of Cu(II)-Carboxyl Complexes from High-Salinity Water via Ternary Complex Formation
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2019-04-12 , DOI: 10.1021/acs.est.9b00745
Xiaolin Zhang 1, 2 , Ping Huang 1 , Siyao Zhu 3 , Ming Hua 1, 2 , Bingcai Pan 1, 2
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2019-04-12 , DOI: 10.1021/acs.est.9b00745
Xiaolin Zhang 1, 2 , Ping Huang 1 , Siyao Zhu 3 , Ming Hua 1, 2 , Bingcai Pan 1, 2
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Toxic metals are usually present as organic complexes in high-salinity effluents from various industries. The efficient removal of such metal complexes is an imperative but still challenging task due to their stable structure and high mobility. Herein, we propose a new strategy to remove Cu-carboxyl complexes from high-salinity water by using a commercially available nanocomposite HZO-201, i.e., nanohydrated zirconium oxide (HZO) confined inside anion exchanger D201. In contrast to D201 and a cation exchanger D001, which both adsorb Cu-citrate negligibly, HZO-201 exhibits preferable adsorption toward Cu-citrate (∼130 mg Cu/g-Zr) at high salinity (1.5 wt % NaCl). On the basis of scanning transmission electron microscopy energy-dispersive spectrometry (STEM-EDS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR), and X-ray photoelectron spectrometry (XPS) analysis, the formation of ternary complex among Cu(II), citrate, and the embedded nano-HZO is evidenced to be responsible for the removal of Cu-citrate. The exhausted HZO-201 can be regenerated with a binary HCl-NaCl solution for repeated use for 5 cycles without capacity loss. Fixed-bed adsorption demonstrates that HZO-201 column is capable of producing ∼1150 bed volume (BV) clean water (<0.5 mg Cu/L) from simulated high-salinity wastewater, whereas only ∼10 BV and ∼60 BV was produced for the D001 and D201 columns, respectively. Furthermore, HZO-201 shows excellent removal of Cu(II) complexes with three other carboxyl ligands (oxalate, tartrate, and succinate).
中文翻译：
纳米约束水合氧化锆用于通过三元络合物形成选择性去除高盐度水中的Cu（II）-羧基络合物
有毒金属通常作为有机络合物存在于来自各个行业的高盐度废水中。由于其稳定的结构和高迁移率，有效去除这类金属络合物是一项必不可少的任务，但仍具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的策略，可以通过使用市售的纳米复合材料HZO-201，即封闭在阴离子交换剂D201内的纳米水合氧化锆（HZO），从高盐度水中去除Cu-羧基络合物。与D201和阳离子交换剂D001都可以忽略不计地吸附柠檬酸铜相比，HZO-201在高盐度（1.5 wt％NaCl）下对柠檬酸铜（〜130 mg Cu / g-Zr）表现出更好的吸附。在扫描透射电子显微镜能量色散法（STEM-EDS）的基础上，衰减全反射傅立叶变换红外（ATR-FTIR），和X射线光电子能谱（XPS）分析表明，Cu（II），柠檬酸盐和嵌入的纳米HZO之间的三元复合物的形成是导致柠檬酸Cu去除的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的纯净水（<0.5 mg Cu / L），而对于HZO-201色谱柱，仅产生约10 BV和约60 BV的纯水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。嵌入式纳米HZO被证明是去除柠檬酸铜的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的纯净水（<0.5 mg Cu / L），而对于HZO-201色谱柱，仅产生约10 BV和约60 BV的纯水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。嵌入式纳米HZO被证明是去除柠檬酸铜的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。
更新日期：2019-04-15
中文翻译：
纳米约束水合氧化锆用于通过三元络合物形成选择性去除高盐度水中的Cu（II）-羧基络合物
有毒金属通常作为有机络合物存在于来自各个行业的高盐度废水中。由于其稳定的结构和高迁移率，有效去除这类金属络合物是一项必不可少的任务，但仍具有挑战性。在本文中，我们提出了一种新的策略，可以通过使用市售的纳米复合材料HZO-201，即封闭在阴离子交换剂D201内的纳米水合氧化锆（HZO），从高盐度水中去除Cu-羧基络合物。与D201和阳离子交换剂D001都可以忽略不计地吸附柠檬酸铜相比，HZO-201在高盐度（1.5 wt％NaCl）下对柠檬酸铜（〜130 mg Cu / g-Zr）表现出更好的吸附。在扫描透射电子显微镜能量色散法（STEM-EDS）的基础上，衰减全反射傅立叶变换红外（ATR-FTIR），和X射线光电子能谱（XPS）分析表明，Cu（II），柠檬酸盐和嵌入的纳米HZO之间的三元复合物的形成是导致柠檬酸Cu去除的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的纯净水（<0.5 mg Cu / L），而对于HZO-201色谱柱，仅产生约10 BV和约60 BV的纯水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。嵌入式纳米HZO被证明是去除柠檬酸铜的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的纯净水（<0.5 mg Cu / L），而对于HZO-201色谱柱，仅产生约10 BV和约60 BV的纯水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。嵌入式纳米HZO被证明是去除柠檬酸铜的原因。耗尽的HZO-201可以用二元HCl-NaCl溶液再生，重复使用5个循环而不会损失容量。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。固定床吸附表明，HZO-201色谱柱能够从模拟的高盐度废水中产生约1150床体积（BV）的净水（<0.5 mg Cu / L），而仅产生约10 BV和约60 BV的水。 D001和D201列。此外，HZO-201与其他三种羧基配体（草酸酯，酒石酸酯和琥珀酸酯）的Cu（II）配合物显示出优异的去除效果。
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