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高效吸附剂设计准则:以沸石吸附去除水中新兴污染物为例

第一作者:尉小旋(University of Puerto Rico,浙江师范大学)
通讯作者:陈中方(University of Puerto Rico) 

成果简介:
具有较强环境和健康危害的新型有机污染物(CECs)污染是人类面临的重要水环境问题之一,其在饮用水中的频繁检出更是直接威胁人体健康。吸附技术可高效、低成本、无副产物地去除水中的CECs,是保证水安全的重要手段。其中,具有选择性的高效吸附剂是吸附技术的关键,决定去除效率。但目前的吸附剂开发过程大多缺乏吸附机理的指导,没有明确的设计准则,设计过程费时费力。深入了解有机污染物与吸附剂的相互作用机理,有助于归纳吸附剂设计准则,指导选择性高效吸附剂的设计,提高设计效率。因此,波多黎各大学陈中方课题组以沸石/金属修饰沸石Mn+-zeolite X (Mn+ = Cu2+, Ni2+, Si/Al = 1)和三种经常检出的CECs (水杨酸,卡马西平和环丙沙星)为例,采用高斯软件中的ONIOM方法并结合巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟研究其相互作用过程,揭示吸附相互作用机制并提出吸附剂设计导则。结果发现,氢键、金属配位、静电相互作用和空间位阻效应是沸石吸附三种CECs的主要作用机理;在吸附剂设计中,应全面考虑目标污染物的分子特征,包括分子体积、表面静电势、原子类型等,在吸附相互作用机制的指导下,合理加大优势机制、降低抑制机制进而提高吸附效率和选择性。


团队介绍:

Chenlab在陈中方教授的指导下主要从事计算化学和计算纳米科学领域的研究工作。在球状分子和金属团簇的芳香性、富勒烯和碳纳米管化学、石墨烯与类石墨烯二维材料、新型储能材料、纳米催化剂设计、纳米材料的环境应用等领域做出了大量原创性的理论研究工作。在热情的加勒比,伴着波多黎各美丽的蓝天、白云、海滩,我们热爱生活,享受科研!

 

参考文献:
Green Energy & Environment 2017, 2(4), 363-369.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468025717300493

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