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改性氧化石墨烯去除重金属离子的分子动力学模拟
  • ISSN号:0251-0790
  • 期刊名称:高等学校化学学报
  • 时间:2017
  • 页码:63-71
  • 期号:01
  • 便笺:22-1131/O6
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者地址:山东大学化学与化工学院;山东大学国家胶体材料工程技术研究中心;
  • 作者机构:[1]山东大学化学与化工学院,济南250100, [2]山东大学国家胶体材料工程技术研究中心,济南250100
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:21475076)和科技部国际合作专项基金(批准号:2015DFA50060)资助.
中文摘要:

通过硅烷化反应在氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)表面嫁接螯合官能团N-(三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酸(EDTA-Si),得到改性氧化石墨烯(GO-EDTA),采用分子动力学模拟在分子水平上研究了Pb(2+)在GO-EDTA表面的动态吸附分布、构象及动力学性质,比较了Pb(2+)和单价Na+离子在氧化石墨烯上的吸附行为,模拟了GO-EDTA与Ca(2+)相互作用,与Pb(2+)的吸附行为进行了对比.模拟结果表明,Pb(2+)和Na+的吸附位点是GO-EDTA体系中的羧基,而非氧化石墨烯表面的羟基;Pb(2+)和Na+与羧基的吸附构象不同,前者吸附构象以摩尔比2∶1为主,即两个羧基对一个Pb(2+)离子,而后者更多倾向于摩尔比1∶1的吸附模式,即一个羧基对一个Na+离子;Pb(2+)离子相对于Ca(2+)和Na+离子,形成的COO--Pb(2+)离子对构象越过的能垒最低,但是破坏该离子对构象时能垒较高,表明Pb(2+)离子在氧化石墨烯膜上表现出良好的吸附性.

英文摘要:

The chelating groups N- (trimethoxysilylpropyl) ethylenediamine triacetic acid (EDTA-silane) were linked to graphene oxide (GO) surfaces through a silanization reaction, and this modified GO (GO-EDTA) was used to remove the heavy metal in the solution. By using molecular dynamics simulation at the molecular level, the absorption distribution, dynamic properties of Pb2+ on the GO-EDTA surface were investigated, the different absorption behaviors of Pb2+ and Na+ between GO and GO-EDTA systems were compared. At the same time, the interaction between GO-EDTA and Ca2+ was simulated, which was comparable to the adsorption behavior of Pb2+. The simulation result shows that : ( 1 ) the adsorption sites of Pb2+ and Na+ are the carboxyl groups in the GO-EDTA system, rather than the hydroxyl groups on graphene oxide surface; (2) the absorption conformations of Pb2+ and Na+ to carboxyl groups are different. For Pb2+ ions, they form the 2 : 1 type with carboxyl group, i.e. one Pb2+ ion combines with two carboxyl groups; while for Na+ ions, it is the 1 : 1 type, i.e. one Na+ ion combines with one carboxyl group; (3) comparison with Ca2+ and Na+ ion, the energy barrier of forming COO-Pb2+ ion pair conformation is lowest while the energy barrier to break this conformation is higher. This result indicates that the Pb2+ ions are adsorbed well on GO and GO-EDTA films.

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期刊信息
  • 《高等学校化学学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中华人民共和国教育部
  • 主办单位:吉林大学 南开大学
  • 主编:周其凤
  • 地址:吉林大学南胡校区
  • 邮编:130012
  • 邮箱:cjcu@jlu.edu.cn
  • 电话:0431-88499216
  • 国际标准刊号:ISSN:0251-0790
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1131/O6
  • 邮发代号:12-40
  • 获奖情况:
  • 首届及第二届国家期刊奖,连续两届“百种中国杰出学术期刊”,中国期刊方阵“双高”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:50676