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计算模拟掺氮碳纳米管与水中芳香类污染物的吸附作用
  • ISSN号:0023-074X
  • 期刊名称:《科学通报》
  • 时间:0
  • 分类:X13[环境科学与工程—环境科学]
  • 作者机构:[1]大连理工大学环境学院工业生态与环境工程教育部重点实验室,大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金(21137001,21325729)资助
中文摘要:

掺氮碳纳米管(N-CNTs)因其独特的理化性质,在诸多领域呈现广阔的应用前景.伴随N-CNTs的大量生产和使用,其将不可避免地释放到环境中.进入环境中的N-CNTs可以与污染物发生吸附作用,进而改变二者的环境行为和生态风险.目前,N-CNTs对水中有机污染物的吸附行为鲜有报道.本研究构建了不同掺杂浓度/形态的掺氮单壁碳纳米管(N-SWNTs),基于密度泛函理论,模拟水中芳香类有机污染物在N-SWNTs上的吸附.计算结果表明,氮掺杂可以提高N-SWNTs对芳香类化合物的吸附性能.掺杂浓度和掺杂形态会影响N-SWNTs的吸附能力,高浓度吡啶氮掺杂的N-SWNTs对芳香类化合物具有较强的吸附作用.化合物与N-SWNTs之间主要发生物理吸附,疏水作用和π–π相互作用是化合物在N-SWNTs上吸附的主要作用力,污染物官能团可加强其与N-SWNTs之间的吸附作用.本研究可为N-SWNTs的生态风险评价提供一定的理论指导.

英文摘要:

N-doped carbon nanotubes(N-CNTs) are widely used in various fields due to their excellent characters. They will be inevitably released into the environment with their extensive use. The adsorption of organic compounds on N-CNTs may affect the environmental behavior and ecological risk of both N-CNTs and pollutants. However, only few studies have been performed on the adsorption of organic compounds on N-CNTs in water. In this study, we constructed 20 N-doped single-walled carbon nanotubes(N-SWNTs) with different doping configurations and doping concentrations and simulated the adsorption of aromatic pollutants on N-SWNTs by density functional theory(DFT) calculations. Our simulation results indicated that N doping can increase the adsorption affinity of aromatic compounds on SWNTs, and doping configurations and doping concentrations show significant effect. Pyrid-N doped SWNTs with vacancy defect have a good performance on adsorption. The adsorption of aromatic compounds on N-SWNTs in water is physisorption. Hydrophobic interaction and π–π stacking are the main interaction forces. Functional groups of benzene derivatives(-NO2,-OH,-NH2), can enhance electrostatic interactions between the aromatics and N-SWNTs. Our study will provide a theoretical guide for future ecological risk assessment of N-SWNTs.

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期刊信息
  • 《科学通报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院
  • 主编:周光召
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:csb@scichina.org
  • 电话:010-64036120 64012686
  • 国际标准刊号:ISSN:0023-074X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1784/N
  • 邮发代号:80-213
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),美国工程索引,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),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:81792