基于密度泛函理论和实验研究磁性生物炭吸附水中甲基橙的作用机制

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

来源：中国环境科学, 2023, 1-13.

DOI：10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20230626.005

• 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pH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pH(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-33.26 kcal/mol，3.07 eV，吸附能力高于羟基结构(Eads = -22.59 kcal/mol，Egap = 3.16 eV)、氨基结构(Eads = -18.20 kcal/mol，Egap = 3.17eV)和芳香环结构(Eads = -10.04 kcal/mol，Egap = 3.18 eV)。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-π EDA为主要作用力。

• 单位
  安徽工业大学