不同价态无机磷在金属氧化物表面吸附的第一性原理研究

作者：衡忠暄; 单超^*; 花铭; 潘丙才

来源：中国科学 技术科学, 2021, 51(05): 591-600.

• 吸附
• 磷形态
• 金属氧化物
• 密度泛函理论
• 吸附能

磷是控制水体富营养化的关键限制因子.目前主流的除磷技术处理正磷酸盐相对成熟,但次/亚磷酸盐的深度去除尚未引起充分关注.金属氧化物是一类常用的去除正磷酸盐的吸附剂,探究不同价态无机磷在金属氧化物表面吸附行为与机理具有重要研究意义.本文构建了晶型和无定形Fe2O3, ZrO2, La2O3体相与基底模型,基于第一性原理,计算了次磷酸盐、亚磷酸盐、正磷酸盐在上述基底上的吸附构型及吸附能.结果表明,金属氧化物与次磷酸盐、亚磷酸盐、正磷酸盐主要生成M–O–P键(M为金属原子)和氢键(O-H).根据吸附能比较,正磷酸盐在金属氧化物表面主要为化学吸附,且吸附能普遍大于次/亚磷酸盐在相应基底的吸附能(0.7～6.3倍),表明正磷酸盐易被金属氧化物专属吸附,而次/亚磷酸盐吸附能较小,相对易受到共存离子竞争干扰.无定形金属氧化物对次/亚/正磷酸盐的吸附能力优于晶型金属氧化物(吸附能均值为3.1倍),三种金属氧化物吸附能力由弱到强的顺序为Fe2O3<ZrO2<La2O3,次/亚/正磷酸盐在氧化镧基底上的吸附能为氧化铁/锆的2.0～47.5倍,表明了La与POx基团之间强烈的成键作用.本文可为深度除磷技术选择和开发提供参考.

• 单位
  南京大学; 污染控制与资源化研究国家重点实验室