مروری بر پیشرفت‌های اخیر در زمینه حذف جذبی و تخریب فوتوکاتالیستی مواد رنگزای آلی موجود در آب با استفاده از چارچوب‌های آلی- فلزی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

2 دانشیار، گروه پژوهشی نانو فناوری رنگ، پژوهشگاه رنگ

3 استاد، گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان

چکیده

در مناطقی از جهان که با مشکلات آب مواجه هستند، بازگردانی و استفاده مجدد آن یک ضرورت است. از این رو، تصفیه پساب برای دستیابی به خلوص مورد نیاز برای انواع مصارف از آبیاری سنتی گرفته تا آب آشامیدنی اهمیتی حیاتی دارد. مقاله مروری حاضر، مطالعات متعدد را در مورد استفاده از چارچوب‌های آلی-فلزی  برای جذب و تخریب کاتالیزوری نوری مواد رنگزای آلی به عنوان عوامل آلاینده آب بررسی کرده است. آلاینده‌های آلی مقاوم شامل ترکیبات آلی هستند که در پساب‌های صنعتی، خانگی و کشاورزی رها می‌شوند. حذف جذبی و تخریب کاتالیزوری نوری آلاینده‌های آلی مقاوم موجود در آب به صورت یک فناوری مقرون به صرفه در آمده که توجه زیادی را در تصفیه پساب جلب کرده‌اند. تخلخل زیاد و همچنین ماهیت کاتالیزوری چارچوب‌های آلی- فلزی که به ترتیب در فرآیند جذب و فرآیند تخریب مؤثر هستند، منجر به جذابیت آن‌ها شده است.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Review of the Recent Advances in the Field of Adsorptive and Photocatalytic Removal of Organic Dyes in Water by Metal-Organic Frameworks

نویسندگان [English]

  • Tahoura Saemian 1
  • Mehrnaz Gharagozlou 2
  • Moayad Hossani sadr 3
1 Department of Chemistry, Faculty of Science, Azarbaijan Shahid Madani University
2 Department of Nanomaterials and Nanocoatings, Institute for Colour Science and Technology
3 Department of Nanomaterials and Nanocoatings, Institute for Colour Science and Technology
چکیده [English]

In areas of the world that are plagued by water problems, it is essential to recycle and reuse water. Therefore, wastewater treatment is vital to gain the purity required for various uses including from traditional irrigation to drinking water. The present review article examines several studies about utilizing metal-organic frameworks for the adsorption removal and photocatalytic degradation of organic dyes as water pollutants. Resistant organic pollutants include organic compounds released to industrial, domestic, and agricultural effluents. The adsorption removal and photocatalytic degradation of resistant organic pollutants in water have emerged as cost-effective technologies that attracted much attention for wastewater treatment. The high porosity as well as the catalytic nature of the metal-organic frameworks that are effective in the adsorption and degradation processes, respectively, have led to their attractiveness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal-Organic Frameworks
  • Persistent Organic Pollutant
  • adsorption
  • photocatalyst degradation
  • water decontamination

مراجع

  1. D. Seckler, R. Barker, U. Amarasinghe, "Water scarcity in the twenty-first century", Int. J. Water Resour. Dev. 15, 29-42, 1999.
  2. A. A. Adeyemo, I. O. Adeoye, O. S. Bello, "Metal organic frameworks as adsorbents for dye adsorption: Overview, prospects and future challenges", Toxicol. Environ. Chem. 94, 1846-1863, 2012.
  3. M. N. Chong, B. Jin, CW. Chow, C. Saint, "Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review", Water Res. 44, 2997-3027, 2010.
  4. I. Ali, M. Asim, TA. Khan, "Low cost adsorbents for the removal of organic pollutants from wastewater", J Environ. Manage. 113, 170-83, 2012.
  5. I. Ali, "New generation adsorbents for water treatment", Chem. Rev. 112, 5073- 91, 2012.
  6. E. Worch, "Adsorption Technology in Water Treatment: Fundamentals, Processes, and Modeling", De Gruyter. 2012.
  7. H. U. Dahms, "New Challenges by Toxic Threats to the Environment", Env. Toxicol Stud. J. 177-185, 2018.
  8. A. Mittal, A. Malviya, D. Kaur, J. Mittal, L. Kurup, "Studies on the adsorption kinetics and isotherms for the removal and recovery of Methyl Orange from wastewaters using waste materials", J. Hazard. Mater. 148, 229-240, 2007.
  9. I. Ali, M. Asim, T. A. Khan, "Low cost adsorbents for the removal of organic pollutants from wastewater", J. Environ. Manage. 113, 170-183, 2012.
  10. M. N. Chong, B. Jin, C. W. K. Chow, C. Saint, "Recent developments in photocatalytic water treatment technology: A review", Water. Res. 44, 2997-3027, 2010.
  11. S. Wang, Y. Peng, "Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment", Chem. Eng. J. 156, 11-24, 2010.
  12. I. Oller, S. Malato, J. A. Sánchez-Pérez, "Combination of Advanced Oxidation Processes and biological treatments for wastewater decontamination-A review", Sci. Total Environ. 409, 4141-4166, 2011.
  13. هومن پژند، علی اصغر صباغ الوانی، حسن سامعی، رضا سلیمی، حسین سعیدی، "چارچوب های آلی-فلزی  بر پایه کاتیون‌های چند ظرفیتی به منظور حذف مواد رنگزا از پساب‌های رنگی". نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، ۹، ۵۳-۴۶، ۱۳۹۸.
  14. H. Furukawa, K. E. Cordova, M. O’Keeffe, O. M. Yaghi, "The chemistry and applications of metal-organic frameworks", Science. 341, 1230444, 2013.
  15. J. R. Li, J. Sculley, H. C. Zhou, "Metal-organic frameworks for separations", Chem. Rev. 112, 869-932, 2012.
  16. T. Zhang, W. Lin, "Metal–organic frameworks for artificial photosynthesis and photocatalysis", Chem. Soc. Rev. 43, 5982, 2014.
  17. Y. Pi, L. Xiyi, X. Qibin, Wu. Junliang, "Adsorptive and photocatalytic removal of Persistent Organic Pollutants (POPs) in water by metal-organic frameworks (MOFs)", Chem. Eng. J. 337, 351-371, 2018.
  18. Z. Hasan, S. H. Jhung, "Removal of hazardous organics from water using metal-organic frameworks (MOFs): Plausible mechanisms for selective adsorptions", J. Hazard. Mater. 283, 329–339, 2015.
  19. م. حیدری، م. قراگوزلو، م. قهاری، "مروری بر انواع نانوساختارهای چارچوب آلی-فلزی(MOF) خوراکی به عنوان جاذب زیست‌سازگار و مؤثر مواد رنگزا"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، ۹، ۴۱-۲۹، ۱۳۹۸.
  20. X. Zhang, Y. Gao, H. Liu, Z. Liu, "Fabrication of porous metal-organic frameworks via a mixed-ligand strategy for highly selective and efficient dye adsorption in aqueous solution", Cryst. Eng. Comm. 17, 6037-6043, 2015.
  21. Y. Jia, Q. Jin, Y. Li, Y. Sun, J. Huo, X. Zhao, "Investigation of the adsorption behaviour of different types of dyes on MIL-100(Fe) and their removal from natural water", Anal. Methods. 7, 1463-1470, 2015.
  22. A. R. Abbasi, J. D. Aali, A. Azadbakht, A. Morsali, V. Safarifard, "Synthesis and characterization of TMU-16-NH2 metal-organic framework nanostructure upon silk fiber: Study of structure effect on morphine and methyl orange adsorption affinity", Fibers Polym. 16, 1193-1200, 2015.
  23. A. J. Schäfer, A. G. Fane, T. D. Waite, "Fouling effects on rejection in the membrane filtration of natural waters", Desalin. 131, 215-224, 2000.
  24. K. Y. A. Lin, H. A. Chang, "Efficient adsorptive removal of humic acid from water using zeolitic imidazole framework-8 (ZIF-8)", Water. Air. Soil. Pollut. 10, Doi: 10.1007/s11270-014-2280-7, 2015.
  25. J. He, J. Li, W. Du, Q. Han, Z. Wang, M. Li, "A mesoporous metal-organic framework: Potential advances in selective dye adsorption", J. Alloys Compd. 750, 360-367, 2018.
  26. K.W. Jung, B. H. Choi, C. M. Dao, Y. J. Lee, "Aluminum carboxylate-based metal organic frameworks for effective adsorption of anionic azo dyes from aqueous media", J. Ind. Eng. Chem. 59, 149-159, 2018.
  27. Y. Zhou, S. Yao, Y. Ma, G. Li, Q. Huo, Y. Liu, "An anionic single-walled metal-organic nanotube with an armchair (3,3) topology as an extremely smart adsorbent for the effective and selective adsorption of cationic carcinogenic dyes", Chem. Commun. 54, 3006-3009, 2018.
  28. N. Ahmad, H. A. Younus, A. H. Chughtai, K. Van Hecke, Z. A. K. Khattak, Z. Gaoke, M. Danish, F. Verpoort, "Synthesis of 2D MOF having potential for efficient dye adsorption and catalytic applications", Catal. Sci. Technol. 8, 4010-4017, 2018.
  29. Y. Rachuri, S. Subhagan, B. Parmar, K. K. Bisht, E. Suresh, "Selective and reversible adsorption of cationic dyes by mixed ligand Zn(II) coordination polymers synthesized by reactant ratio modulation", Dalt. Trans. 47, 898-908, 2018.
  30. F. Hu, Z. Di, P. Lin, P. Huang, M. Wu, F. Jiang, M. Hong, "An Anionic Uranium-Based Metal-Organic Framework with Ultralarge Nanocages for Selective Dye Adsorption", Cryst. Growth Des. 18, 576-580, 2018.
  31. M. Thi Thanh, T. Vinh Thien, V. Thi Thanh Chau, P. Dinh Du, N. Phi Hung, and D. Quang Khieu, "Synthesis of Iron Doped Zeolite Imidazolate Framework-8 and Its Remazol Deep Black RGB Dye Adsorption Ability", J. Chem. 2017, 2017.
  32. H. M. A. E. Salam, S. A. Younis, H. R. Ali, T. Zaki, "Statistical modeling and optimization of phenol adsorption from water by modified Cu3(BTC)2: Kinetic, isotherm, and thermodynamic analysis", Microporous Mesoporous Mater. 241, 210-217, 2017.
  33. Z. Shi, Z. Shi, H. Guan, L. Li, "Magnetic metal organic frameworks (MOFs) composite for removal of lead and malachite green in wastewater", Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 539, 382-390, 2018.
  34. X. Zhao, S. Liu, Z. Tang, H. Niu, Y. Cai, W. Meng, F. Wu, J. P. Giesy, "Synthesis of magnetic metal-organic framework (MOF) for efficient removal of organic dyes from water", Sci. Rep. 5, 11849, 2015.
  35. T. Saemian, M. Gharagozlou, M. Hossaini Sadr, S. Naghibi, "Synthesis of CoFe2O4@ Cu3(BTC)2 nanocomposite as a magnetic metal–organic framework", Polyhedron. 174, 114163, 2019.
  36. T. Saemin, M. Gharagozlou, M. Hossaini Sadr, and S. Naghibi, "A Comparative Study on the Pollutant Removal Efficiency of CoFe2O4@HKUST-1 MOF and CoFe2O4 Nanoparticles", J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 1-9, Doi: 10.1007/s10904-019-01406-7, 2019.
  37. Q. Yang, S. S. Ren, Q. Zhao, R. Lu,, "Selective separation of methyl orange from water using magnetic ZIF-67 composites", Chem. Eng. J. 333, 49-57, 2018.
  38. X. Zhao, "Reversing the Dye Adsorption and Separation Performance of Metal-Organic Frameworks via Introduction of -SO3H Groups", Ind. Eng. Chem. Res. 56, 4496-4501, 2017.
  39. J. Qiu, Y. Feng, X. Zhang, M. Jia, J. Yao, "Acid-promoted synthesis of UiO-66 for highly selective adsorption of anionic dyes: Adsorption performance and mechanisms", J. Colloid Interface Sci. 499, 151-158, 2017.
  40. م. قائمی زاده م. خواجه مهریزی, "کاربرد فوتوکاتالیست‌ها و عوامل مؤثر بر آن‌ها در تصفیه پساب‌های رنگی"، نشریه علمی مطالعات در دنیای رنگ، ۹، 21-9،۲۰۱۸.
  41. J. Zhao, W. Wen Dong, Y. P. Wu, Y. N. Wang, C. Wang, D. S. Li, Q. Zhang, "Two (3,6)-connected porous metal-organic frameworks based on linear trinuclear [Co3(COO)6] and paddlewheel dinuclear [Cu2(COO)4] SBUs: Gas adsorption, photocatalytic behaviour, and magnetic properties", J. Mater. Chem. A. 3, 6962–6969, 2015.
  42. C. Zhang, L. Ai, J. Jiang, "Graphene hybridized photoactive iron terephthalate with enhanced photocatalytic activity for the degradation of rhodamine B under visible light", Ind. Eng. Chem. Res. 54, 153-163, 2015.
  43. C. Zhang, L. Ai, J. Jiang, "Solvothermal synthesis of MIL-53(Fe) hybrid magnetic composites for photoelectrochemical water oxidation and organic pollutant photodegradation under visible light", J. Mater. Chem. A.3, 3074-3081, 2015.
  44. C. N. Lü, M. M. Chen, W. H. Zhang, D. X. Li, M. Dai, J. P. Lang, "Construction of Zn(ii) and Cd(ii) metal-organic frameworks of diimidazole and dicarboxylate mixed ligands for the catalytic photodegradation of rhodamine B in water", Cryst. Eng. Comm. 17, 1935-1943, 2015.
  45. S. Pu, L. Xu, L. Sun, H. Du, "Tuning the optical properties of the zirconium-UiO-66 metal-organic framework for photocatalytic degradation of methyl orange", Inorg. Chem. Commun. 52, 50-52, 2015.
  46. T. Zhang, W. Lin, "Metal-organic frameworks for artificial photosynthesis and photocatalysis", Chem. Soc. Rev. 43, 5982-5993, 2014.
  47. Y. F. Peng, S. Zhao, K. Li, L. Liu, B. L. Li, B. Wu, "Construction of Cu(ii), Zn(ii) and Cd(ii) metal-organic frameworks of bis(1,2,4-triazol-4-yl)ethane and benzenetricarboxylate: Syntheses, structures and photocatalytic properties", Cryst. Eng. Comm. 17, 2544-2552, 2015.
  48. F. Wang, F. L. Li, M. M. Xu, "Facile synthesis of a Ag(I)-doped coordination polymer with enhanced catalytic performance in the photodegradation of azo dyes in water", J. Mater. Chem. A. 3, 5908-5916, 2015.
  49. X. Chen, S. S. Mao, "Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications and applications", Chem. Rev. 107, 2891-2959, 2007.
  50. A. Wang, Y. Zhou, Z. Wang, M. Chen, L. Sun, X. Liu, "Titanium incorporated with UiO-66(Zr)-type Metal-Organic Framework (MOF) for photocatalytic application", RSC Adv. 6, 3671–3679, 2016.
  51. X. Li, Y. Pi, Q. Xia, Z. Li, and J. Xiao, "TiO2 encapsulated in Salicylaldehyde-NH2-MIL-101(Cr) for enhanced visible light-driven photodegradation of MB", Appl. Catal. B Environ. 191, 192-201, 2016.
  52. L. Wang, T. Zeng, G. Liao, Q. Cheng, and Z. Pan, "Syntheses, structures and catalytic mechanisms of three new MOFs for aqueous Cr(VI) reduction and dye degradation under UV light", Polyhedron. 157, 152-162, 2019.

 

مطالعات در دنیای رنگ
دوره 10، شماره 1
خرداد 1399
صفحه 65-80

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 فروردین 1399
  • تاریخ بازنگری: 08 تیر 1399
  • تاریخ پذیرش: 18 تیر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار