Porous metal-organic frameworks (MOFs) have been arousing a great interest in exploring the application of MOFs as photocatalyst in environment remediation. In this work, two different MOFs, Ti-benzenedicarboxylate (MIL-125(Ti)) and amino-functionalized Ti-benzenedicarboxylate (NH2-MIL-125(Ti)) were successfully synthesized via a facile solvothermal method. The MIL-125(Ti) and NH2-MIL-125(Ti) were well characterized by XRD, SEM, XPS, N2 adsorption–desorption measurements, thermogravimetric analysis and UV–vis diffuse reflectance spectra (DRS). It is revealed that the NH2-MIL-125(Ti) has well crystalline lattice, large surface area and mesoporous structure, chemical and thermal stability, and enhanced visible-light absorption up to 520 nm, which was associated with the chromophore (amino group) in the organic linker. Compared with MIL-125(Ti), NH2-MIL-125(Ti) exhibited more efficient photocatalytic activity for Cr(VI) reduction from aqueous solution under visible-light irradiation. The addition of hole scavenger, the hole scavenger concentration and the pH value of the reaction solution played important roles in the photo-catalytic reduction of Cr(VI). The presence of Ti3+–Ti4+ intervalence electron transfer was the main reason for photo-excited electrons transportation from titanium-oxo clusters to Cr(VI), facilitating the Cr(VI) reduction under the acid condition. It was demonstrated that amino-functionalized Ti(IV)-based MOFs could be promising visible-light photocatalysts for the treatment of Cr(VI)-contained wastewater.

Metal-organic frameworks (MOFs) have been attracted considerable attention for their applications in gas storage/separation, adsorption as well as catalysis. In this study, a facile solvothermal method was employed to prepare MOFs and graphitic carbon nitride (g-C3N4) hybrids, and a g-C3N4/Ti-benzenedicarboxylate (MIL-125(Ti)) heterostructures photocatalyst was successfully synthesized. The as-obtained materials were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), N2 adsorption–desorption isotherm, thermogravimetric analysis (TGA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV–vis diffuse reflection spectroscopy (UV–vis DRS), and photoluminescence (PL) spectroscopy. It is indicated that the hybrids have large surface area, mesoporous structure, thermal stability, and enhanced visible-light absorption. Compared with pure MIL-125(Ti) and g-C3N4, the composites exhibited more efficient photocatalytic performance for Rhodamine B degradation from aqueous solution under visible-light irradiation. The optimal g-C3N4 content in g-C3N4/MIL-125(Ti) composite was determined to be 7.0 wt%, and the corresponding photodegradation rate for RhB was 0.0624 min−1, about 2.1 and 24 times higher than that of pure g-C3N4 and MIL-125(Ti), respectively. The indirect dye photosensitization, the Ti3+–Ti4+ intervalence electron transfer, and the synergistic effect between MIL-125(Ti) and g-C3N4 were the three reasons for improved photo-degradation performance. Therefore, it is reasonable to believe that metal-free semiconductor/MOFs photocatalysts have great potentiality in environmental remediation.

Metal-organic frameworks (MOFs) have been attracted considerable attention in the field of energy generation and environmental remediation. In this article, a novel core–shell In2S3@MIL-125(Ti) (MLS) photocatalytic adsorbent was successfully prepared by a facile solvothermal method. The as-obtained materials were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, N2 adsorption–desorption isotherm, X-ray photoelectron spectroscopy, UV–vis diffuse reflection spectroscopy and zeta potentials. It is indicated that the hybrids consisted of MIL-125(Ti) as the core and three-dimensional In2S3 sheets network as the shell has high surface area, mesoporous structure, and improved electronegativity and visible-light absorption. The MLS exhibited excellent adsorption performance for the removal of tetracycline (TC) from water. The adsorption process is sensitive to the solution pH, ionic strength and initial TC concentration. The Langmuir isotherm and pseudo-second-order mode could well describe the adsorption process and adsorption kinetics. The adsorption mechanism is mainly responsible for surface complexation, π–π interactions, hydrogen bonding and electrostatic interactions. Further, in TC degradation experiments under visible light exposure in presence of core–shell MLS, the optimal additive content of MIL-125(Ti) in synthesis process was 0.1 g, and the corresponding photodegradation efficiency for TC was 63.3%, which was higher than that of pure In2S3 and pure MIL-125(Ti). The improved photocatalytic performance was mainly ascribed to the opened porous structure, effective transfer of photo-generated carriers, Ti3+–Ti4+ intervalence electron transfer and the synergistic effect between MIL-125(Ti) and In2S3. The degradation by-products of TC molecules were monitored by three-dimensional excitation-emission matrix fluorescence spectroscopy. Parts of TC molecules were mineralized into CO2 and H2O. The core–shell MLS composites also revealed good performance for the removal of TC from real wastewater including medical wastewater, municipal wastewater and river water. Therefore, the novel hybrids may be used as promising photocatalytic adsorbent for wastewater purification.

In this article, a rhamnolipid-functionalized graphene oxide (RL-GO) hybrid was prepared by one-step ultrasonication and adsorptive removal of methylene blue (MB) from both artificial and real wastewater by the RL-GO was investigated. The Scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectrum (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Brunauer–Emmett–Teller (BET) area and Zeta potential analysis were used to characterize the adsorbent. The results showed that RL-GO had abundant functional groups and a mesopores feature. MB adsorption by the RL-GO increased with increase in adsorbent dose, pH, temperature and initial MB concentration, while it was insensitive to ionic strength variation. The adsorption kinetics fitted well to the pseudo-second-order model with correlation coefficients greater than 0.999. The Intra-particle diffusion and Boyd's film-diffusion models showed that the rate-controlled step was dominated by film-diffusion in the beginning and then followed by intra-particle diffusion. The adsorption isotherm was fitted by adsorption models with the suitability in order of BET > Freundlich > Langmuir > Temkin, based on comparison between correlation coefficients. Thermodynamic analysis of equilibriums suggested that the adsorption MB on RL-GO was spontaneous and endothermic. The adsorption mechanism was also proposed to be electrostatic attraction, π–π interaction and hydrogen bond. In addition, the real wastewater experiment, the regeneration study and the comparative cost analysis showed that the RL-GO composites could be a cost-effective and promising sorbent for MB wastewater treatment owing to its high efficiency and excellent reusability.

Water and energy are key sustainability issues that need to be addressed. Photocatalysis represents an attractive means to not only remediate polluted waters, but also harness solar energy. Unfortunately, the employment of photocatalysts remains a practical challenge in terms of high cost, low efficiency, secondary pollution and unexploited water matrices influence. This study investigated the feasibility of photocatalysis to both treat water and produce hydrogen with practical water systems. Polymeric carbon nitride foam (CNF) with large surface area and mesoporous structure was successfully prepared via the bubble-template effect of ammonium chloride decomposition during thermal condensation. The reaction kinetics, mechanisms, and effect of natural water matrices and wastewater on CNF-based photocatalytic removal of tetracycline hydrochloride (TC-HCl) were systematically investigated. Furthermore, the efficiency of clean hydrogen energy from natural water matrices and wastewater was also evaluated. It was found that the photocatalytic performance of CNF for TC-HCl removal was principally affected by calcination temperature in the presence of NH4Cl. The degradation rates of CNF-4 (calcined at 550 °C) were approximately 1.84, 2.49 and 7.47 times than that of the CNF-2 (calcined at 600 °C), CNF-1 (calcined at 500 °C) and GCN (without NH4Cl), respectively. Results indicate that the improved photocatalytic performance was predominantly ascribed to the large specific surface area, increased availability of exposed active sites, and enhanced transport and separation efficiency of the photogenerated carrier. Based on electron spin resonance, chemical trapping experiment and density functional theory calculation, photoinduced oxidizing species (·O2− and holes) initially attacked the C-N-C fragment of TC molecules, which were finally mineralized to CO2, water and inorganic matters. Under the synergistic influence of water constituents (including acidity and alkalinity, ion species and dissolved organic substances), various water matrices greatly affected the degradation rate of TC-HCl, with the highest removal efficiency of 78.9% in natural seawater, followed by reservoir water (75.0%), tap water (62.3%), deionized water (49.8%), reverse osmosis concentrate (32.7%) and pharmaceutical wastewater (18.9%). Interestingly, low amounts of the emerging microplastics slightly improved TC-HCl removal, whereas high amounts (1.428 × 107 P/cm3) restricted removal due to light absorption and the intrinsic adsorption interaction. Moreover, the photocatalysts were able over repeated usage. Notably, the hydrogen yields rates of polymeric carbon nitride foam were 352.2, 299.8, 184.9 and 94.3 μmol/g/h in natural seawater, pharmaceutical wastewater, water from reservoir and tap water, respectively. This study proves the potential of novel nonmetal porous photocatalyst to simultaneously treat wastewater while converting solar energy into clean hydrogen energy.

In this study, graphene oxide (GO) was synthesized via modified Hummers’ method, and characterized by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared spectrum (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The adsorption of Zn(II) on GO as a function of pH, adsorbent dosage, foreign ions, contact time, and temperature was investigated using batch technique. Results showed that the suitable pH for Zn(II) removal was about 7.0, and the optimal dosage was 2 mg. The adsorption of Zn(II) onto GO increased sharply within 20 min and obtained equilibrium gradually. Meanwhile, foreign ion and temperature also affected the adsorption performance of GO. The adsorption process was found to be well described by the pseudo-second-order rate model. Equilibrium studies indicated that the data of Zn(II) adsorption followed the Langmuir model. The maximum adsorption capacity for Zn(II) was up to 246 mg/g with a Langmuir adsorption equilibrium constant of 5.7 L/g at 20 °C. The thermodynamic parameters calculated from temperature-dependent sorption isotherms suggested that Zn(II) sorption on GO was an exothermic and spontaneous process in nature. The possibility of Zn(II) recovery was investigated and the result revealed that the maximum Zn(II) recovery yield was achieved with hydrochloric acid.

A novel ternary magnetic composite consisting of reduced graphene oxide (rGO), polypyrrole (Ppy) and Fe3O4 nanoparticles (Ppy–Fe3O4/rGO) were fabricated by a facile two-step reaction route. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), vibrating sample magnetometer (VSM), thermogravimetric analysis (TGA), zeta potential and specific surface area were used to characterize the Ppy–Fe3O4/rGO. Morphology, chemical structure and element analysis showed that the Fe3O4/rGO was successfully decorated with chain-like polypyrrole. The specific surface area of the ternary composite was calculated as 80.53 m2 g−1 by Brunauer–Emmett–Teller (BET) method. It was encouraging to find that the ternary Ppy–Fe3O4/rGO nanohybrid exhibited excellent performance for chromium (VI) removal from aqueous solution. The maximum adsorption capacity for Cr(VI) onto Ppy–Fe3O4/rGO was 293.3 mg g−1, which was much higher than that of Fe3O4/rGO. The removal process was pH dependence, exothermic and spontaneous. The adsorption of Cr(VI) species was facilitated through both electrostatic attraction and ion exchange process. Meanwhile, XPS analysis revealed that the Cr(VI) was reduced to the low-toxicity Cr(III) by the nitrogen species of Ppy. The Ppy–Fe3O4/rGO composite could be a promising material for the removal of Cr(VI) from wastewater.

Nanoscale zero valent iron (NZVI) has high adsorption capacity of As(III) and As(V), but it is limited in practical use due to its small particle size and aggregation effect. Reduce graphite oxide (RGO) has been used as a support because of its high surface area. In order to utilize the advantage of NZVI and RGO as well as to avoid the disadvantage of NZVI, we loaded NZVI onto RGO via chemical reactions in this study. The adsorption capacity of As(III) and As(V), as determined from the Langmuir adsorption isotherms in batch experiments, was 35.83 mg g−1 and 29.04 mg g−1, respectively. And the adsorption kinetics fitted well with pseudo-second-order model. The residual concentration was found to meet the standard of WHO after the samples were treated with 0.4 g L−1 NZVI–RGO when the initial concentration of As(III) and As(V) were below 8 ppm and 3 ppm. Especially, when the initial concentration of As(III) was below 3 ppm, the residual concentration was within 1 ppb; whereas, the residual concentration was undetected when the initial concentration of As(III) was 1 ppm.

Semiconductor-based heterojunctions, widely applied in photocatalytic solar-to-chemical energy conversion, are advantageous for synergistically expediting photocatalytic reaction beyond individual the constituent components. Here we showed new quasi-core-shell In2S3/anatase TiO2@metallic Ti3C2Tx hybrids consisting of well-designed type-II heterojunction and non-noble metal-based Schottky junction with favorable charge transfer channels for efficient photocatalysis application. The mesoporous hybrids owned pleasurable visible-light absorption property and excellent capability in photogenerated exciton separation and carrier transport. Specifically, the hybridized photocatalyst with the additive Ti3C2Tx content of 16 mg (InTi-16) had excellent visible-light photocatalytic performance towards pollutant removal in water with a degradation rate of 0.04977 min−1, which was 3.2 and 6.2 folds higher than that of pure In2S3 and pure Ti3C2Tx, respectively. What’s more, the photocatalytic degradation ability of InTi-16 had surpassed that of many other types of In2S3-based photocatalyst including In2S3/carbon nanotube (CNT), In2S3/reduced graphene oxide (rGO), In2S3/MoS2, and In2S3/TiO2 hybrids. The promising photocatalytic performance was strongly depended on the separation and diffusion of photogenerated exciton and carrier via a multitude of charge transfer channels due to the formation of double heterostructure (type-II heterojunction and Schottky junction). It had originated from the synergistic effects among the visible-light absorption of In2S3, the upward band bending of TiO2 and the favorable electrical conductivity of Ti3C2Tx. Prolonger electron lifetime favored for the generation of more strongly oxidizing radical (e.g. ·O2-) at the in-plane of Ti3C2Tx, and thus enhanced photocatalytic degradation ability. This work demonstrates that the TiO2/Ti3C2Tx can be a potentially novel platform for constructing efficient photocatalysts both for wide-ranging applications and unraveling the transfer behavior of photo-excited electrons based on charge transfer channels.

Materials of perovskite-type structure have attracted considerable attention for their applications in photocatalysis. In this study, a novel composite of p-type LaFeO3 microsphere coated with n-type nanosized graphitic carbon nitride nanosheets was constructed by the quasi-polymeric calcination method with the aid of electrostatic self-assembly interaction. Results indicate that the LaFeO3/g-C3N4p-n heterostructured photocatalyst obtained, in contrast to the pure constituents, enabled improved visible-light absorption, and more efficient separation and migration of charge carriers via solid p-n heterojunction interfacial effect. Correspondingly, the LaFeO3/g-C3N4 composite allowed for higher visible-light-responsive photocatalytic activity for the degradation of Brilliant Blue, which was 16.9 and 7.8 times that of pristine g-C3N4 and LaFeO3, respectively. The photocatalytic degradation of Brilliant Blue was ascribed to the combined contributions of the photogenerated holes (h+), superoxide radicals (O2-) and hydroxyl radicals (OH). Based on solid p-n heterojunction interfacial interaction, a Z-scheme charge carrier transfer pathway integrated with the dye-sensitization effect is proposed as the underlying mechanism of the photocatalytic reaction process. Therefore, we believe that the perovskite-type LaFeO3/g-C3N4 Z-scheme photcatalyst promotes the development of photocatalysis and holds much promise for environmental remediation.