磁性生物炭吸附水中甲基橙的作用机制——基于密度泛函理论与实验研究

作者：王诗生^*; 张梦梦; 盛广宏; 田勇攀; 刘轶鋆; 章慧娟; 刘永兴

来源：中国环境科学, 2023, 43(09): 4596-4605.

DOI：10.19674/j.cnki.issn1000-6923.2023.0155

• 密度泛函理论
• 磁性生物炭
• 吸附机理
• 甲基橙

以磁性生物炭(Fe3O4@C-NH2)为吸附剂,甲基橙(MO)为目标污染物,考察了浓度、温度和p H对吸附性能的影响,通过光谱学与密度泛函理论研究MO的去除机制.结果表明,吸附反应符合准二级动力学及Freundlich模型,是自发吸热且熵增的过程.平衡吸附量随着p H(3～10)升高而降低.光谱学分析结果表明,吸附作用力包括氢键、π-π堆积、π-π电子供体-受体(EDA)和静电力.静电势分布与前线轨道理论分析可知,羧基结构与MO分子间的结合能(Eads)与能隙(Egap)分别为-139.08k J/mol,3.07e V,吸附能力高于羟基结构(Eads=-94.47k J/mol,Egap=3.16e V)、氨基结构(Eads=-76.10k J/mol,Egap=3.17e V)和芳香环结构(Eads=-41.99k J/mol,Egap=3.18e V).基于赫什菲尔德划分的独立梯度模型-AIM拓扑分析图(IGMH-AIM)结果表明,吸附过程存在疏水作用,且氢键和π-πEDA为主要作用力.

• 单位
  安徽工业大学