低温空气氧化生物炭吸附苯系污染物的作用机制

摘要

为进一步明晰低温空气氧化生物炭吸附苯系污染物的作用机制，以竹屑为原料、CaCl2为活化剂，通过两步活化法制备低温空气氧化生物炭，并综合吸附试验、炭结构表征和密度泛函理论（density functional theory, DFT）计算，解析低温空气氧化生物炭吸附苯酚、苯胺、对苯二酚、对硝基苯酚等4种苯系污染物的过程与行为。结果表明：低温空气氧化生物炭对苯系污染物的吸附性能受生物炭孔隙结构和表面官能团的协同作用影响，生物炭通过微孔结构的孔隙填充作用在空间几何尺度调控苯系污染物的吸附存储过程。低温空气氧化生物炭后，氧原子以羟基、醛基和羧基的形式赋存于生物炭碳骨架表面，从电子尺度影响碳骨架的电子结构排布、改变碳骨架与苯系污染物间的吸附位置及作用类型，通过静电引力及氢键等作用，显著增强生物炭对苯系污染物的吸附能力，其中，羟基和羧基的氢原子作为氢键的供体，醛基的氧原子作为氢键的受体。

关键词

生物炭 / 低温空气氧化 / 苯系污染物 / 量子化学 / 吸附机制

基金资助

国家自然科学基金项目（31971807）; 国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项（2018YFE0183600）