Rapid Room-temperature Synthesis and Tetracycline Adsorption of Novel Ga-based Metal-organic Gels

doi:10.7503/cjcu20230485

Abstract

Abstract:

In this research， Ga-based metal-organic gels（Ga-TATB） were synthesized at room temperature through a rapid and simple strategy. Ga-TATB could effectively remove tetracycline（TC） from aqueous solution due to the large specific surface area， unique porous structure and excellent structural stability. The adsorption process of TC by Ga-TATB kept well to the pseudo-second-order kinetic model and the Freundlich isotherm model， and the maximum adsorption capacity could reach 149.92 mg/g at pH=6.00 and 25 ℃. Furthermore， the effect of solution pH， Ga-TATB dosage， ionic strength， coexisting inorganic ions， contact time and TC concentration on the adsorption process was systematically investigated， and the possible mechanism of Ga-TATB adsorption towards TC was proposed based on the experimental results. It is worth noting that the strong anti-interference ability and stable reusability make Ga-TATB a good application prospect in tetracycline antibiotic wastewater remediation.

Key words: Metal-organic gels, Room temperature method, Adsorption, Antibiotics

CLC Number:

O647

TrendMD:

LIU Zhi, GU Junhong, LI Ningning, LIU Zhisheng, LIU Bin, LI Yangxue. Rapid Room-temperature Synthesis and Tetracycline Adsorption of Novel Ga-based Metal-organic Gels[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20230485.

Figures/Tables 11

References 53

1	Polianciuc S. I.， Gurzău A. E.， Kiss B.， Stefan M. G.， Loghin F.， Med. Pharm. Rep.， 2020， 93（3）， 231—240
2	Zhu M.， Kurniawan T. A.， Avtar R.， Othman M. H. D.， Ouyang T.， Haung Y.， Zhang X.， Setiadi T.， Iswanto I.， J. Hazard. Mater.， 2021， 405， 123999
3	Lu T.， Xu X.， Liu X.， Sun T.， Chem. Eng. J.， 2017， 308， 151—159
4	Shao S.， Hu Y.， Cheng J.， Chen Y.， Ecotox. Environ. Safe.， 2019， 185， 109676
5	Cui M.， Li Y.， Sun Y.， Wang H.， Li M.， Li L.， Xu W.， J. Polym. Environ.， 2021， 29， 2227—2235
6	Mao T.， Ding Q.， Shan Q.， Chang X.， Wu W.， Adv. Powder Technol.， 2023， 34， 104041
7	Mangla D.， Annu， Sharma A.， Ikram S.， J. Hazard. Mater.， 2022， 425， 127946
8	Zhu T. T.， Su Z. X.， Lai W. X.， Zhang Y. B.， Liu Y. W.， Sci. Total Environ.， 2021， 776， 145906
9	Xiang Y.， Xu Z.， Wei Y.， Zhou Y.， Yang X.， Yang Y.， Yang J.， Zhang J.， Luo L.， Zhou Z.， J. Environ. Manage.， 2019， 237， 128—138
10	Ge X.， Wu Z.， Manzoil M.， Bonelli B.， Mantegna S.， Kunz W.， Cravotto G.， J. Environ. Chem. Eng.， 2021， 9， 105544
11	Miao J.， Wang F.， Chen Y.， Zhu Y.， Zhou Y.， Zhang S.， Appl. Surf. Sci.， 2019， 475， 549—558
12	Zhuang S.， Zhu X.， Wang J.， J. Mol. Liq.， 2020， 319， 114267
13	Abdelfatah A. M.， Fawzy M.， El⁃Khouly M. E.， Eltaweil A. S.， J. Saudi Chem. Soc.， 2021， 25（12）， 101365
14	Xiao B.， Zhang Q.， Huang C.， Li Y.， RSC Adv.， 2015， 5， 2857—2860
15	Mahmood A.， Xia W.， Mahmood N.， Wang Q.， Zou R.， Sci. Rep.， 2015， 5， 10556
16	Zhang Z.， Chen Y.， Wang Z.， Hu C.， Ma D.， Chen W.， Ao T.， Appl. Surf. Sci.， 2021， 542， 148662
17	Wang， H.， Jiang S.， Xiang L.， Yan Y.， Xiang G.， Li Y.， Luo X.， Li L.， Tang X.， Zhou X.， Spectrochim. Acta. A， 2021， 244， 118781
18	Kang B. K.， Lim G. H.， Lim B.， Yoon D. H.， J. Alloy. Compd.， 2016， 675， 57—63
19	Liu L.， Cui W.， Lu C.， Zain A.， Zhang W.， Shen G.， Hu S.， Qian X.， J. Environ. Manage.， 2020， 268， 110630
20	Wang S.， Wang S.， Guo X.， Wang Z.， Mao F.， Su L.， Wu H.， Wang K.， Zhang Q.， Inorg. Chem. Front.， 2021， 8， 4878—4886
21	Du L.， Li H.， Li S.， Liu L.， Li Y.， Xu S.， Gong Y.， Cheng Y.， Zeng X.， Liang Q.， Chem. Phys. Lett.， 2018， 713， 235—241
22	Xiong W.， Zeng G.， Yang Z.， Zhang C.， Cheng M.， Liu Y.， Hu L.， Wan J.， Zhou C.， Xu R.， Li X.， Sci. Total Environ.， 2018， 627， 235—244
23	Wang K.， Wu J.， Zhu M.， Zheng Y.， Tao X.， J. Solid State Chem.， 2020， 284， 121200
24	Zhao H.， Liu X.， Cao Z.， Zhan Y.， Shi X.， Yang Y.， Zhou J.， Xu J.， J. Hazard. Mater.， 2016， 310， 235—245
25	Qi N.， Wang P.， Wang C.， Ao Y.， J. Hazard. Mater.， 2018， 341， 187—197
26	Wang Y.， Guan Y.， Li Y.， Li Z.， Wan J.， Zhang Y.， Fu J.， Process. Saf. Environ.， 2021， 149， 123—134
27	Chao Y.， Zhu W.， Ye Z.， Wu P.， Wei N.， Wu X.， Li H.， J. Appl. Polym. Sci.， 2015， 132， 41803
28	Yang Y.， Hu X.， Zhao Y.， Cui L.， Huang Z.， Long J.， Xu J.， Deng J.， Wu C.， Liao W.， J. Colloid Interf. Sci.， 2017， 495， 68—77
29	Zhao N.， Li B.， Huang H.， Lv X.， Zhang M.， Cao L.， J. Taiwan Inst. Chem.， 2020， 116， 101—111
30	Manzar M. S.， Ahmad T.， Ullah N.， Chellam P. V.， John J.， Zubair M.， Brandão R. J.， Meili L.， Alagha O.， Çevik E.， Sep. Purif. Technol.， 2022， 287， 120559
31	Jiang L.， Liu Y.， Zeng G.， Xiao F.， Hu X.， Hu X.， Wang H.， Li T.， Zhou L.， Tan X.， Chem. Eng. J.， 2016， 284， 93—102
32	Xiao F.， Cheng J.， Cao W.， Yang C.， Chen J.， Luo Z.， J. Colloid Interf. Sci.， 2019， 540， 579—584
33	Zhou J.， Ma F.， Guo H.， Chem. Eng. J.， 2020， 384， 123290
34	Li Y.， Shang H.， Cao Y.， Yang C.， Feng Y.， Yu Y.， Biochar， 2022， 4， 11
35	Xie Y.， Fan L.， Liu W.， Zhang Q.， Huang G.， Particuology， 2023， 72， 134—144
36	Chen S.， Qin C.， Wang T.， Chen F.， Li X.， Hou H.， Zhou M.， J. Mol. Liq.， 2019， 285， 62—74
37	Luo B.， Huang G.， Yao Y.， An C.， Zhang P.， Zhao K.， J. Clean. Prod.， 2021， 319， 128692
38	Kończyk J.， Kluziak K.， Kołodyńska D.， J. Environ. Manage.， 2022， 313， 114958
39	Jang H. M.， Yoo S.， Choi Y.， Park S.， Kan E.， Bioresource Technol.， 2018， 259， 24—31
40	Nguyen C. H.， Fu C. C.， Kao D.， Tran T. T. V.， Juang R. S.， J. Taiwan Inst. Chem. E， 2020， 112， 259—270
41	Liu P.， Liu W.， Jiang H.， Chen J.， Li W.， Yu H.， Bioresource Technol.， 2012， 121， 235—240
42	Zhang X.， Zhen D.， Liu F.， Chen R.， Peng Q.， Wang Z.， Bioresource Technol.， 2023， 369， 128440
43	Song X.， Shui B.， Wang Y.， Zhou J.， Wang S.， Wu N.， RSC Adv.， 2022， 12， 19917—19928
44	Yukhaion P.， Somboon T.， Sansuk S.， J. Environ. Sci.， 2023， 126， 365—377
45	Turan B.， Sarigol G.， Demircivi P.， Mater. Chem. Phys.， 2022， 279， 125781
46	Huang Z.， Fang X.， Wang S.， Zhou N.， Fan S.， J. Mol. Liq.， 2023， 373， 121257
47	Abdelfatah A. M.， Fawzy M.， El⁃Khouly M.， Eltaweil A. S.， J. Saudi Chem. Soc.， 2021， 25， 101365
48	Chen G.， He S.， Shi G.， Ma Y.， Ruan C.， Jin X.， Chen Q.， Liu X.， Dai H.， Chen X.， Huang D.， Chem. Eng. J.， 2021， 423， 130184
49	Zhang D.， He Q.， Hu X.， Zhang K.， Chen C.， Xue Y.， Colloid. Surface. A， 2021， 615， 126254
50	Li B.， Zhang Y.， Xu J.， Mei Y.， Fan S.， Xu H.， Chemosphere， 2021， 267， 129283
51	Nguyen D. T. C.， Vo D. V. N.， Nguyen T. T.， Nguyen T. T. T.， Nguyen L. T. T.， Tran T. V.， Surf. Interfaces， 2022， 28， 101549
52	Li Y.， Wang J.， Huang Z.， Qian C.， Tian Y.， Duan Y.， J. Environ. Chem. Eng.， 2021， 9， 106012
53	Zhao F.， Fang S.， Gao Y.， Bi J.， J. Colloid Interf. Sci.， 2022， 615， 876—886

C₀/（mg·L^-1）	Pseudo⁃first⁃order kinetic model				Pseudo⁃second⁃order kinetic model
C₀/（mg·L^-1）	q_e，exp/（mg·g^-1）	k₁/h^-1	q_e，cal/（mg·g^-1）	R²	k₂（g·mg^-1·h^-1）	q_e，cal/（mg·g^-1）	R²
20	15.44	0.042	7.35	0.69	0.030	15.43	0.99
30	21.04	0.038	9.68	0.59	0.022	20.95	0.99
50	30.53	0.037	13.35	0.50	0.016	30.37	0.99

C₀/（mg·L^-1）	Pseudo⁃first⁃order kinetic model				Pseudo⁃second⁃order kinetic model
C₀/（mg·L^-1）	q_e，exp/（mg·g^-1）	k₁/h^-1	q_e，cal/（mg·g^-1）	R²	k₂（g·mg^-1·h^-1）	q_e，cal/（mg·g^-1）	R²
20	15.44	0.042	7.35	0.69	0.030	15.43	0.99
30	21.04	0.038	9.68	0.59	0.022	20.95	0.99
50	30.53	0.037	13.35	0.50	0.016	30.37	0.99

C₀/（mg·L^-1）	k_i，1/（mg·g^-1·h^-1/2）	C_i，1/（mg·g^-1）	R²	k_i，2/（mg·g^-1·h^-1/2）	C_i，2/（mg·g^-1）	R²
20	2.67	3.27	0.95	0.60	9.90	0.94
30	3.61	4.52	0.94	0.83	13.31	0.97
50	5.45	6.36	0.96	1.08	20.31	0.97

C₀/（mg·L^-1）	k_i，1/（mg·g^-1·h^-1/2）	C_i，1/（mg·g^-1）	R²	k_i，2/（mg·g^-1·h^-1/2）	C_i，2/（mg·g^-1）	R²
20	2.67	3.27	0.95	0.60	9.90	0.94
30	3.61	4.52	0.94	0.83	13.31	0.97
50	5.45	6.36	0.96	1.08	20.31	0.97

Langmuir model				Freundlich model			Temkin model
q_m/（mg·L^-1）	b/（L·mg^-1）	R²	R_L	n	K_F/（mg·g^-1·L^-1/n·mg^-1/n）	R²	B_T	K_T	R²
149.92	0.01	0.90	0.23—0.75	1.79	5.56	0.98	29.13	0.14	0.90