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    呂貽忠課題組在利用改性生物炭修復(fù)重金鎘污染機(jī)制方面取得重要進(jìn)展

    2019-09-05


    8月17日,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院呂貽忠教授課題組在Journal of Hazardous Materials(5年IF=7.336)在線發(fā)表了題為“Key factors and microscopic mechanisms controlling adsorption of cadmium by surface oxidized and aminated biochars”的研究論文。該研究識(shí)別了表面氨基化和表面氧化生物炭吸附鎘的關(guān)鍵因素,并揭示了微觀吸附機(jī)制。

    該研究通過碳酸鉀改性制備了多孔生物炭并對(duì)其進(jìn)行了表面氨基化和氧化,并對(duì)其吸附鎘(Cd)的微觀機(jī)制進(jìn)行了考察。研究發(fā)現(xiàn),在改性生物炭對(duì)Cd的吸附過程中,物理化學(xué)吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散均有發(fā)生,通過PCA(主成分分析)建立了連接生物炭理化性質(zhì)和吸附性能的綜合評(píng)價(jià)方法,發(fā)現(xiàn)決定表面性質(zhì)的官能團(tuán)組成是控制生物炭固定Cd的關(guān)鍵因素。

    Langmuir模型表明,改性生物炭對(duì)Cd的吸附滿足PBC<OPBC<APBC。通過FTIR、SEM-EDS、XPS和DFT(密度泛函理論)分別從分子和電子尺度研究了Cd在改性生物炭上的微觀吸附機(jī)理。通過常規(guī)表征獲得了吸附前后改性生物炭表面分子結(jié)構(gòu)變化,并通過DFT計(jì)算獲得改性后模擬生物炭分子等電子密度面的靜電勢分布。

    研究發(fā)現(xiàn)生物炭中富含π電子、孤對(duì)電子和給電子基團(tuán)的區(qū)域是改性生物炭固定Cd的主要位點(diǎn)。羧基主導(dǎo)了表面氧化生物炭對(duì)Cd的吸附,卻有可能抑制了Cd2+-π相互作用。具有孤對(duì)電子的氨基主導(dǎo)了表面氨基化生物炭對(duì)Cd的吸附,氨基的引入對(duì)π電子密度的影響很小,Cd2+-π相互作用未受明顯抑制。該研究為制備功能化生物炭提供了理論依據(jù),對(duì)揭示生物炭分子結(jié)構(gòu)與吸附性能的內(nèi)在關(guān)系具有重要理論意義。

     

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