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Efficient Removal of Heavy Metals from Polluted Water with High Selectivity for Mercury(II) by 2-Imino-4-thiobiuret–Partially Reduced Graphene Oxide (IT-PRGO)
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-09-22 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b10021 Fathi S. Awad 1, 2 , Khaled M. AbouZeid 1 , Weam M. Abou El-Maaty 2 , Ahmad M. El-Wakil 2 , M. Samy El-Shall 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-09-22 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b10021 Fathi S. Awad 1, 2 , Khaled M. AbouZeid 1 , Weam M. Abou El-Maaty 2 , Ahmad M. El-Wakil 2 , M. Samy El-Shall 1
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A novel chelating adsorbent, based on the chemical modification of graphene oxide by functionalization amidinothiourea to form 2-imino-4-thiobiuret–partially reduced graphene oxide (IT-PRGO), is used for the effective extraction of the toxic metal ions Hg(II), Cu(II), Pb(II), Cr(VI), and As(V) from wastewater. FTIR and Raman spectroscopy, XRD, and XPS confirm the successful incorporation of the amidinothiourea groups within the partially reduced GO nanosheets through nucleophilic substitution reactions with the acyl chloride groups in the chemically modified GO. The IT-PRGO adsorbent shows exceptional selectivity for the extraction of Hg(II) with a capacity of 624 mg/g, placing it among the top of carbon-based materials known for the high capacity of Hg(II) removal from aqueous solutions. The maximum sorption capacities for As(V), Cu(II), Cr(VI), and Pb(II) are 19.0, 37.0, 63.0, and 101.5 mg/g, respectively. The IT-PRGO displays a 100% removal of Hg(II) at concentrations up to 100 ppm with 90%, 95%, and 100% removal within 15, 30, and 90 min, respectively, at 50 ppm concentration. In a mixture of six heavy metal ions containing 10 ppm of each ion, the IT-PRGO shows a removal of 3% Zn(II), 4% Ni(II), 9% Cd(II), 21% Cu(II), 63% Pb(II), and 100% Hg(II). A monolayer adsorption behavior is suggested based on the excellent agreement of the experimental sorption isotherms with the Langmuir model. The sorption kinetics can be fitted well to a pseudo-second-order kinetic model which suggests a chemisorption mechanism via the amidinothiourea groups grafted on the reduced graphene oxide nanosheets. Desorption studies demonstrate that the IT-PRGO is easily regenerated with the desorption of the metal ions Hg(II), Cu(II), Pb(II), Cr(VI), and As(V) reaching 96%, 100%, 100%, 96%, and 100%, respectively, from their maximum sorption capacities using different eluents. The IT-PRGO is proposed as a top performing remediation adsorbent for the extraction of heavy metals from waste and polluted water.
中文翻译：
2-氨基-4-硫代缩二脲部分还原的氧化石墨烯（IT-PRGO）有效去除废水中的重金属，对汞（II）具有高选择性
一种新型的螯合吸附剂，基于通过功能化a硫脲对氧化石墨烯的化学修饰而形成2-亚氨基-4-硫代缩二脲-部分还原的氧化石墨烯（IT-PRGO），可用于有效提取有毒金属离子Hg（II） ），废水中的Cu（II），Pb（II），Cr（VI）和As（V）。FTIR和拉曼光谱法，XRD和XPS证实，通过与化学修饰的GO中的酰氯基团进行亲核取代反应，可将酰胺基硫脲基团成功地并入部分还原的GO纳米片中。IT-PRGO吸附剂对Hg（II）的萃取具有624 mg / g的出色选择性，使其以从水溶液中去除Hg（II）的高容量而闻名的碳基材料中脱颖而出。As（V），Cu（II），Cr（VI），和Pb（II）分别为19.0、37.0、63.0和101.5 mg / g。IT-PRGO在浓度高达100 ppm时显示100％的Hg（II）去除，在浓度为50 ppm时在15、30和90分钟内分别去除90％，95％和100％。在包含每种离子10 ppm的六种重金属离子的混合物中，IT-PRGO显示出3％Zn（II），4％Ni（II），9％Cd（II），21％Cu（II）的去除，63％的Pb（II）和100％的Hg（II）。根据实验吸附等温线与Langmuir模型的良好一致性，提出了单层吸附行为。吸附动力学可以很好地拟合到拟二级动力学模型，该模型表明通过接枝在还原的氧化石墨烯纳米片上的a硫脲基团的化学吸附机理。解吸研究表明，随着金属离子Hg（II），Cu（II），Pb（II），Cr（VI）和As（V）的解吸达到96％，100％，IT-PRGO易于再生。使用不同的洗脱液时，其最大吸附量分别为100％，96％和100％。IT-PRGO被认为是用于从废物和污水中提取重金属的高性能修复吸附剂。
更新日期：2017-09-22
中文翻译：
2-氨基-4-硫代缩二脲部分还原的氧化石墨烯（IT-PRGO）有效去除废水中的重金属，对汞（II）具有高选择性
一种新型的螯合吸附剂，基于通过功能化a硫脲对氧化石墨烯的化学修饰而形成2-亚氨基-4-硫代缩二脲-部分还原的氧化石墨烯（IT-PRGO），可用于有效提取有毒金属离子Hg（II） ），废水中的Cu（II），Pb（II），Cr（VI）和As（V）。FTIR和拉曼光谱法，XRD和XPS证实，通过与化学修饰的GO中的酰氯基团进行亲核取代反应，可将酰胺基硫脲基团成功地并入部分还原的GO纳米片中。IT-PRGO吸附剂对Hg（II）的萃取具有624 mg / g的出色选择性，使其以从水溶液中去除Hg（II）的高容量而闻名的碳基材料中脱颖而出。As（V），Cu（II），Cr（VI），和Pb（II）分别为19.0、37.0、63.0和101.5 mg / g。IT-PRGO在浓度高达100 ppm时显示100％的Hg（II）去除，在浓度为50 ppm时在15、30和90分钟内分别去除90％，95％和100％。在包含每种离子10 ppm的六种重金属离子的混合物中，IT-PRGO显示出3％Zn（II），4％Ni（II），9％Cd（II），21％Cu（II）的去除，63％的Pb（II）和100％的Hg（II）。根据实验吸附等温线与Langmuir模型的良好一致性，提出了单层吸附行为。吸附动力学可以很好地拟合到拟二级动力学模型，该模型表明通过接枝在还原的氧化石墨烯纳米片上的a硫脲基团的化学吸附机理。解吸研究表明，随着金属离子Hg（II），Cu（II），Pb（II），Cr（VI）和As（V）的解吸达到96％，100％，IT-PRGO易于再生。使用不同的洗脱液时，其最大吸附量分别为100％，96％和100％。IT-PRGO被认为是用于从废物和污水中提取重金属的高性能修复吸附剂。
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