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

摘要：

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-139.08kJ/mol,3.07eV,吸附能力高于羟基结构(Eads =-94.47kJ/mol,Egap = 3.16eV)、氨基结构(Eads =-76.10kJ/mol,Egap = 3.17eV)和芳香环结构(Eads =-41.99kJ/mol,Egap = 3.18eV).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.

关键词：密度泛函理论、磁性生物炭、吸附机理、甲基橙

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分类号：X703(一般性问题)

资助基金：生物膜法水质净化;教育部工程研究中心开放基金;教育部工程研究中心开放基金;安徽工业大学省级大学生创新创业训练项目

在线出版日期：2023-10-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：4596-4605