氯改性活性炭吸附单质铅(Pb0)的机理

利用量子化学中密度泛函方法系统研究氯改性活性炭吸附单质铅(Pb0)的机理,明确了氯改性对活性炭吸附Pb0的影响,计算得到吸附过程中各个吸附构型的吸附能、重要键长、对应的Mayor键级和铅的Mulliken原子电荷.几何优化选用B3LYP方法结合def2-SVP基组,单点能任务选用PWPB95双杂化泛函结合def2-TZVP基组进行计算.结果表明:对于扶手椅型(armchair)活性炭,氯改性将使活性炭对Pb0的吸附能降低74.034kJ/mol;对于锯齿型(zigzag)活性炭,氯改性基本不会改变活性炭对Pb0的吸附能力,因此氯改性总体上会减弱活性炭对Pb0的吸附作用,但是吸附类型依然为强烈的化学吸附.分别应用电子密度分布和Mayor键级进一步验证纯活性炭和氯改性活性炭对Pb0吸附类型,结果与吸附能分析一致.Mayor键级分析表明氯原子通过改变周围碳原子活性影响Pb0的吸附,而不是与Pb0直接作用.Mulliken原子电荷分析表明铅的原子电荷正相关于活性炭对其的吸附能,铅的原子电荷越大,对应的吸附构型的吸附能越高.此外笔者发现Pb0的引入对氯改性活性炭继续吸附Pb0有抑制作用.