Tailored Design of Differently Modified Mesoporous Materials To Deeply Understand the Adsorption Mechanism for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons

Abstract

A series of SBA-15 with different modifications have been successfully prepared and applied as adsorbents to remove polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from aqueous solutions. The morphology and structural properties of the chemically modified materials are all similar to those of pure SBA-15, and thus the difference of PAHs adsorption capacity can be directly attributed to the different functional groups, which is favorable to deeply explore the adsorption mechanism. Adsorption kinetics and isotherm experiments for naphthalene (Nap), anthracene (Ant), and pyrene (Pyr) were carried out, and the results reveal that the adsorption processes follow a pseudo-second-order rate equation and the equilibrium can be achieved within 120 min for Nap and Ant, whereas only 90 min for Pyr, indicating that the more hydrophobic molecules, the easier and faster adsorption can be obtained. All of the adsorption isotherms fit well with the Freundlich model, suggesting the unevenly distributed active sites on adsorbents. The phenyl-functionalized materials possess the highest adsorption capacity, implying that the π–π interaction is the most primary interaction and plays the predominant role in the studied PAHs adsorption, superior to the acidic and hydrophobic interaction. Our research sheds light on the design and synthesis of advanced and highly efficient adsorbents to remove PAHs from aqueous solutions.

An Overview and Evaluation of Highly Porous Adsorbent Materials for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Phenols Removal from Wastewater

“…Comparison for the removal efficiency of MCM-48 and SBA-15 for the adsorption of NAP was investigated by Balati et al (2014) with the latter having better efficiency, attributed to its higher larger pore diameter [220]. Yuan et al (2018) investigated the mechanism for the PAHs adsorption onto the mesoporous silica. They have identified π-π as the predominant interactions between the pollutants and the adsorbents [221].…”

“…Yuan et al (2018) investigated the mechanism for the PAHs adsorption onto the mesoporous silica. They have identified π-π as the predominant interactions between the pollutants and the adsorbents [221].…”

Desarrollo de nanopartículas magnéticas con aplicaciones en medioambiente y nanomedicina

“…Se han utilizado organosilanos en la síntesis de nanoadsorbentes basados en sílice mesoporosa magnética para la remoción de diversos contaminantes en medios acuosos, como colorantes [153], antibióticos [76], metales pesados [154], PAHs [155], surfactantes [156], entre otros. Recientemente, el grupo de Bao [157] estudió la modificación superficial de la sílice mesoporosa SBA-15 para la remoción de PAHs de medios acuosos. Entre las diversas modificaciones, la unión con el trimetoxifenil silano (TMPS) genera un adsorbente con especial afinidad por los PAHs, lo que evidenció que las interacciones π-π poseen un rol predominante en la adsorción de PAHs comparadas con interacciones hidrofóbicas.…”

“…En MMST, la presencia de las cadenas de surfactante permite interacciones hidrofóbicas entre las cadenas carbonadas y el ANT [61]. Adicionalmente, la incorporación del trimetoxifenilsilano en MMST-Ph, no solo aumenta la hidrofobicidad (y por lo tanto las interacciones hidrofóbicas) sino que también agrega la posibilidad de interacciones π-π entre el ANT y los grupos fenilo, lo que conduce a una capacidad de adsorción superior [157]. Realizados los experimentos con antraceno, se procedió a evaluar la capacidad de remoción de los nanoadsorbentes frente a una mezcla acuosa de 12 hidrocarburos policíclicos aromáticos.…”

“…El contraste debido al grosor de la muestra es el más importante, es la causa de la dispersión que sufre el haz de electrones al atravesar la muestra y depende del número atómico y del espesor de la muestra. El contraste debido a la difracción se produce a un determinado ángulo de Bragg y por tanto solo aparece en muestras cristalinas con cierta estructura y orientación [157].…”