石墨烯去除水中芳香烃污染物的分子动力学模拟研究

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多环芳香烃(PAHs)及其衍生物具有致突变、致癌和致畸作用。目前我国包括黄河,岷江、厦门港等众多河流被PAHs不同程度地污染,如何有效地去除水资源中多PAHs,净化淡水资源显得尤为重要。常用于处理PAHs的方法有很多,物理吸附的方法由于操作简单、无二次污染等优点被广泛应用。石墨烯是一种常见的纳米材料,较大的比表面积和长距离的π共轭结构使其具有巨大吸附潜能。本文采用分子动力学方法(MD)模拟石墨烯吸附水溶液中PAHs的情况。PAHs选取萘(NPH)为模型,模拟了不同浓度的NPH吸附到石墨烯表面的情况。由于自然环境中天然有机物(NOM)是广泛存在的,本文进一步模拟了NOM对石墨烯吸附PAHs的影响情况。选用的NOM模型为棕榈酸(PA)和正丁醇(NAC)。结果表明,石墨烯能有效地吸附NPH,80%以上的NPH均能吸附在石墨烯表面;当存在气液界面时,NPH主要吸附在石墨烯表面或者浮在气液界面,在水溶液中的含量极少,这给我们提供一个思路处理水资源表面能去除很大部分PAHs。存在NOM的情况:当NOM浓度较低时,NOM和NPH都能吸附在石墨烯表面,由于NOM的两性能提高石墨烯在水中的稳定性,对石墨烯吸附NPH起促进作用;当NOM浓度较高时,绝大多数石墨烯表面被NOM覆盖,NOM占用了大量的吸附位点,与NPH主要起竞争关系。
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