层状双氢氧化物负载生物炭对磷的吸附机制及DFT

来源：环境科学杂志2025年第1期北京时间：

作者：马锋锋,康宏兵,赵浩,郑旭东,张建,李庆,焦雅仙

单位：兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070,兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州 730070

摘要：利用层状双氢氧化物（LDHs）负载马铃薯秸秆生物炭（SBC），制备了层状双氢氧化物负载马铃薯秸秆生物炭的复合材料（LDHs@SBC），研究了其对磷的吸附性能，并利用密度泛函理论（DFT）从分子层面分析了吸附机制. 结果表明，LDHs@SBC对磷的吸附动力学过程可被准二级动力学模型（R2=0.983）很好地拟合，主要吸附过程为化学吸附. 热力学分析表明，LDHs@SBC对磷的吸附过程为自发的放热反应. 通过DFT计算显示，LDHs@SBC吸附磷的吸附能为-5.34 eV，进一步验证了其吸附过程为化学吸附以及自发的放热过程. 吸附机制主要包括P-p/s、O-p和M-p/s轨道的杂化形成配位键P—O—M，产生较强的电子转移和轨道贡献. 溶液pH值影响磷酸盐的赋存形态及LDHs@SBC的电荷分布，通过形成普通氢键（OHB）和电荷辅助氢键（CAHB）使LDHs@SBC对磷的吸附量达到最大. LDHs@SBC吸附磷的主要机制包括静电吸引、沉淀作用、配体交换以及电荷辅助氢键等. LDHs@SBC对磷具有较强的吸附性能且重复利用性好，是一种在含磷废水处理领域具有应用前景的高效、可再生的吸附材料.

关键词：层状双氢氧化物（LDHs）,生物炭,吸附,密度泛函理论（DFT）,磷,