人才强校 | 吕贻忠教授课题组在利用改性生物炭修复重金镉污染机制方面取得重要进展
本网讯 8月17日，资环学院吕贻忠教授课题组在《Journal of Hazardous Materials》（5年IF=7.336）在线发表了题为“Key factors and microscopic mechanisms controlling adsorption of cadmium by surface oxidized and aminated biochars”的研究论文。该研究识别了表面氨基化和表面氧化生物炭吸附镉的关键因素，并揭示了微观吸附机制。
该研究通过碳酸钾改性制备了多孔生物炭并对其进行了表面氨基化和氧化，并对其吸附镉（Cd）的微观机制进行了考察。研究发现，在改性生物炭对Cd的吸附过程中，物理化学吸附和颗粒内扩散均有发生，通过PCA（主成分分析）建立了连接生物炭理化性质和吸附性能的综合评价方法，发现决定表面性质的官能团组成是控制生物炭固定Cd的关键因素。Langmuir模型表明，改性生物炭对Cd的吸附满足PBC<OPBC<APBC。通过FTIR、SEM-EDS、XPS和DFT（密度泛函理论）分别从分子和电子尺度研究了Cd在改性生物炭上的微观吸附机理。通过常规表征获得了吸附前后改性生物炭表面分子结构变化，并通过DFT计算获得改性后模拟生物炭分子等电子密度面的静电势分布。研究发现生物炭中富含π电子、孤对电子和给电子基团的区域是改性生物炭固定Cd的主要位点。羧基主导了表面氧化生物炭对Cd的吸附，却有可能抑制了Cd2+-π相互作用。具有孤对电子的氨基主导了表面氨基化生物炭对Cd的吸附，氨基的引入对π电子密度的影响很小，Cd2+-π相互作用未受明显抑制。该研究为制备功能化生物炭提供了理论依据，对揭示生物炭分子结构与吸附性能的内在关系具有重要理论意义。
中国农业大学资源与环境学院的硕士毕业生祝凌和在读博士生仝利红为该论文的共同第一作者，吕贻忠教授为论文的通讯作者，论文合作单位包括同济大学、中山大学和日本九州大学。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金面上项目的资助。
论文链接： https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121002