选用桑蚕废弃物蚕沙为碳源,利用ZnCl2和FeCl2作为活化剂,通过一步合成法获得一种Fe掺杂高石墨化多孔生物炭材料Fe/Z-ASE,并测定香精化合物分子苯乙醇和茴香醚在Fe/Z-ASE上的吸附和缓释动力学行为,然后再通过量子化学计算分析苯乙醇、茴香醚与Fe/Z-ASE的作用关系以及苯乙醇、茴香醚分子间作用力。结果发现:蚕沙多孔炭Fe/Z-ASE孔隙结构发达,表面石墨化碳含量高,Fe元素分布均匀,其BET比表面积为950.9 m2/g且中孔占60%以上,是一种表面疏水并呈现弱极性的多级孔生物炭材料;在苯乙醇和茴香醚的扩散和控释过程中,茴香醚具有比苯乙醇更高的吸附量(510 mg/g)和扩散动力学常数(1.7×10-2min-1),而且在不同初始茴香醚吸附量下(150～500 mg/g)其都能获得较好的控释效果。随后通过密度泛函DFT模拟计算可知,茴香醚和苯乙醇都是弱碱,能与Fe/Z-ASE材料上的弱酸性吸附位(Fe-C)产生相互作用,而且由于茴香醚的碱性更弱,所以与Fe/Z-ASE的作用力更强。然后再通过分子动力学分析可知,苯乙醇分子间能产生强氢键作用而茴香醚分子间不存在强相互作用,所以苯乙醇分子在高初始吸附量下不易被脱附,而茴香醚分子在高/低初始吸附量下都能获得较高脱附保留率。

Fe基蚕沙生物炭; 吸附; 脱附; 苯乙醇; 茴香醚; 分子模拟

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