Kinetic and equilibrium studies of lead(II) adsorption from aqueous media by KIT-6 mesoporous silica functionalized with –COOH

An organic–inorganic hybrid mesoporous silica was synthesized via post-grafting of KIT-6 with 4-(triethoxysilyl)butyronitrile. All samples were characterized using their N2 adsorption–desorption isotherms, XRD, FT–IR, TEM, SEM, and PT. The adsorption potential of this material for removing Pb(II) from aqueous solutions was investigated via the batch technique, and the effects of pH and contact time were studied. Experimental data showed that the maximum Pb(II) adsorption, 76%, occurred in the pH range around 6. The adsorption equilibrium was reached within 40 min for 10 wt.%COOH/KIT-6. The adsorption data were fitted using the Langmuir and Freundlich isotherms, and the obtained modeling equilibrium adsorption data suggested that the 10 wt.%COOH/KIT-6 sample contained homogeneous adsorption sites that fit the Langmuir adsorption model well. The pseudo-second-order model described well the 10 wt.%COOH/KIT-6 adsorption process. The desorption and regeneration experiments indicated that ≈95% of the metal desorbed and the adsorbent could be regenerated via an acid treatment without altering its properties.

RésuméUne silice mésoporeuse hybride organique–inorganique a été synthétisée par greffage du KIT-6 avec le 4-(triéthoxysilyl)butyronitrile. Les échantillons ont été caractérisés par BET, XRD, FT–IR, MET, MEB et TP. Le potentiel d’adsorption de la silice mésoporeuse pour éliminer Pb(II) à partir de solutions aqueuses a été étudié par la technique de traitement par lots. Les effets du pH et du temps de contact ont aussi été analysés. Les données expérimentales montrent que l’adsorption maximale de Pb(II) est de 76 % et a lieu dans une plage de pH entre 5 et 6. L’équilibre d’adsorption a été atteint en 40 minutes pour le 10 wt.%COOH/KIT-6. Les données d’adsorption ont été analysées à l’aide des isothermes de Langmuir et de Freundlich. Les données obtenues par la modélisation ont suggéré que l’échantillon 10 wt.%COOH/KIT-6 contenait des sites d’adsorption homogènes qui correspondent mieux au modèle d’adsorption de Langmuir. Le modèle de pseudo-second-ordre décrit mieux le processus d’adsorption du 10 wt.%COOH/KIT-6. Les expériences de désorption et de régénération ont indiqué qu’environ 95 % des métaux sont désorbés et l’adsorbant 10 wt.%COOH/KIT-6 peut être régénéré par un traitement à l’acide, sans modifier ses propriétés.