CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water

Removal of heavy metal Mn2+ ions in water is of great importance for human health and it is urgently needed to develop efficient adsorption materials. Here, a green and effective strategy to prepare mesoporous micro/nanostructured lithium disilicates (LDs) by employing the cation surfactant hexadecy...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: Hui Zhang, Bo Sun, Ying Qian, Tao Yang, Wenge Chen
Format: Article
Language:English
Published: Elsevier 2023-09-01
Series:Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Subjects:
Online Access:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317522000425
_version_ 1797653982475190272
author Hui Zhang
Bo Sun
Ying Qian
Tao Yang
Wenge Chen
author_facet Hui Zhang
Bo Sun
Ying Qian
Tao Yang
Wenge Chen
author_sort Hui Zhang
collection DOAJ
description Removal of heavy metal Mn2+ ions in water is of great importance for human health and it is urgently needed to develop efficient adsorption materials. Here, a green and effective strategy to prepare mesoporous micro/nanostructured lithium disilicates (LDs) by employing the cation surfactant hexadecyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) as morphology control agent in hydrothermal environment, and investigated its adsorption behavior toward Mn2+ ions. The LDs possessed branched structures that were consisted of scattering pyramidal rods bestrewn with secondary nucleated and aggregated nanoparticles. Due to the mesoporous structures and negatively charged surfaces, LDs exhibited a high adsorption capacity up to 346.84 mg g−1 with corresponding removal efficiency up to 99.82% when initial Mn2+ concentration was 82 mg L−1, and their maximum adsorption capacity reached up to 785.25 mg g−1 toward Mn2+ of 250 mg L−1. Results indicated that the isotherm adsorption behavior of LDs was well described by mono-layer Langmuir model and kinetic adsorption fitted well with pseudo-second-order model, implying them the excellent chemical adsorbent to remove Mn2+ from wastewater. We believe this CTAB-modified approach could be extended to prepare other lithium silicates with mesoporous structures, rendering them wider applications in environmental protection. Resumen: La eliminación de los iones Mn2+ de metales pesados en el agua es de gran importancia para la salud humana, y se necesita urgentemente para desarrollar materiales de adsorción eficientes. Aquí, una estrategia verde y eficaz para preparar disilicatos de litio mesoporosos micro/nanoestructurados (LD) mediante el empleo del tensioactivo catiónico bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB), como agente de control de morfología en el entorno hidrotérmico, e investigó su comportamiento de adsorción hacia los iones Mn2+. Los LD poseían estructuras ramificadas que consistían en varillas piramidales dispersas mejor cortadas con nanopartículas secundarias nucleadas y agregadas. Debido a las estructuras mesoporosas y a las superficies cargadas negativamente, los LD exhibieron una alta capacidad de adsorción de hasta 346,84 mg g-1 con la eficiencia de eliminación correspondiente de hasta el 99,82% cuando la concentración inicial de Mn2+ era de 82 mg L-1, y su capacidad máxima de adsorción alcanzó hasta 785,25 mg g-1 hacia Mn2+ de 250 mg L-1. Los resultados indicaron que el comportamiento de adsorción isotérmica de los LD fue bien descrito por el modelo de Langmuir de capa única y la adsorción cinética se ajustó bien con el modelo de seudo-segundo orden, lo que implica el excelente adsorbente químico para eliminar Mn2+ de las aguas residuales. Creemos que este enfoque modificado por el CTAB podría ampliarse para preparar otros silicatos de litio con estructuras mesoporosas, haciéndolos más amplios en aplicaciones de protección ambiental.
first_indexed 2024-03-11T16:52:46Z
format Article
id doaj.art-d41c3c24dafa4b3eb69110a80f45959a
institution Directory Open Access Journal
issn 0366-3175
language English
last_indexed 2024-03-11T16:52:46Z
publishDate 2023-09-01
publisher Elsevier
record_format Article
series Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
spelling doaj.art-d41c3c24dafa4b3eb69110a80f45959a2023-10-21T04:21:56ZengElsevierBoletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio0366-31752023-09-01625418427CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in waterHui Zhang0Bo Sun1Ying Qian2Tao Yang3Wenge Chen4Corresponding author.; Department of Material Science and Engineering, Research Institute of Advanced Powder Metallurgy, Xi’an University of Technology, ChinaDepartment of Material Science and Engineering, Research Institute of Advanced Powder Metallurgy, Xi’an University of Technology, ChinaDepartment of Material Science and Engineering, Research Institute of Advanced Powder Metallurgy, Xi’an University of Technology, ChinaDepartment of Material Science and Engineering, Research Institute of Advanced Powder Metallurgy, Xi’an University of Technology, ChinaDepartment of Material Science and Engineering, Research Institute of Advanced Powder Metallurgy, Xi’an University of Technology, ChinaRemoval of heavy metal Mn2+ ions in water is of great importance for human health and it is urgently needed to develop efficient adsorption materials. Here, a green and effective strategy to prepare mesoporous micro/nanostructured lithium disilicates (LDs) by employing the cation surfactant hexadecyltrimethyl-ammonium bromide (CTAB) as morphology control agent in hydrothermal environment, and investigated its adsorption behavior toward Mn2+ ions. The LDs possessed branched structures that were consisted of scattering pyramidal rods bestrewn with secondary nucleated and aggregated nanoparticles. Due to the mesoporous structures and negatively charged surfaces, LDs exhibited a high adsorption capacity up to 346.84 mg g−1 with corresponding removal efficiency up to 99.82% when initial Mn2+ concentration was 82 mg L−1, and their maximum adsorption capacity reached up to 785.25 mg g−1 toward Mn2+ of 250 mg L−1. Results indicated that the isotherm adsorption behavior of LDs was well described by mono-layer Langmuir model and kinetic adsorption fitted well with pseudo-second-order model, implying them the excellent chemical adsorbent to remove Mn2+ from wastewater. We believe this CTAB-modified approach could be extended to prepare other lithium silicates with mesoporous structures, rendering them wider applications in environmental protection. Resumen: La eliminación de los iones Mn2+ de metales pesados en el agua es de gran importancia para la salud humana, y se necesita urgentemente para desarrollar materiales de adsorción eficientes. Aquí, una estrategia verde y eficaz para preparar disilicatos de litio mesoporosos micro/nanoestructurados (LD) mediante el empleo del tensioactivo catiónico bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB), como agente de control de morfología en el entorno hidrotérmico, e investigó su comportamiento de adsorción hacia los iones Mn2+. Los LD poseían estructuras ramificadas que consistían en varillas piramidales dispersas mejor cortadas con nanopartículas secundarias nucleadas y agregadas. Debido a las estructuras mesoporosas y a las superficies cargadas negativamente, los LD exhibieron una alta capacidad de adsorción de hasta 346,84 mg g-1 con la eficiencia de eliminación correspondiente de hasta el 99,82% cuando la concentración inicial de Mn2+ era de 82 mg L-1, y su capacidad máxima de adsorción alcanzó hasta 785,25 mg g-1 hacia Mn2+ de 250 mg L-1. Los resultados indicaron que el comportamiento de adsorción isotérmica de los LD fue bien descrito por el modelo de Langmuir de capa única y la adsorción cinética se ajustó bien con el modelo de seudo-segundo orden, lo que implica el excelente adsorbente químico para eliminar Mn2+ de las aguas residuales. Creemos que este enfoque modificado por el CTAB podría ampliarse para preparar otros silicatos de litio con estructuras mesoporosas, haciéndolos más amplios en aplicaciones de protección ambiental.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317522000425Micro/disilicatos de litio nanoestructuradosCTABMn2+Modelos de adsorción
spellingShingle Hui Zhang
Bo Sun
Ying Qian
Tao Yang
Wenge Chen
CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Micro/disilicatos de litio nanoestructurados
CTAB
Mn2+
Modelos de adsorción
title CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
title_full CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
title_fullStr CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
title_full_unstemmed CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
title_short CTAB-mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove Mn2+ in water
title_sort ctab mediated lithium disilicate branched structures as superb adsorbents to remove mn2 in water
topic Micro/disilicatos de litio nanoestructurados
CTAB
Mn2+
Modelos de adsorción
url http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0366317522000425
work_keys_str_mv AT huizhang ctabmediatedlithiumdisilicatebranchedstructuresassuperbadsorbentstoremovemn2inwater
AT bosun ctabmediatedlithiumdisilicatebranchedstructuresassuperbadsorbentstoremovemn2inwater
AT yingqian ctabmediatedlithiumdisilicatebranchedstructuresassuperbadsorbentstoremovemn2inwater
AT taoyang ctabmediatedlithiumdisilicatebranchedstructuresassuperbadsorbentstoremovemn2inwater
AT wengechen ctabmediatedlithiumdisilicatebranchedstructuresassuperbadsorbentstoremovemn2inwater