聚丙烯酰胺在高岭石及腐殖酸-高岭石复合物上的吸附原子机制：实验与分子动力学研究

《Langmuir》：Atomic Mechanism of Polyacrylamide Adsorption on Kaolinite and Humic Acid–Kaolinite Complexes: Experimental and Molecular Dynamics Studies

聚丙烯酰胺（PAM）在土壤改良中的应用机制研究，通过分子动力学模拟和吸附实验，发现腐殖酸-高岭土复合体较单一高岭土对PAM的吸附容量提升8.51%，其相互作用能高6.23%，氢键作用显著，腐殖酸活性位点促进更多氢键形成（长12.89%），缩短键长并增大键角，利于PAM吸附。

　　

聚丙烯酰胺（PAM）在土壤改良中得到了广泛应用。它与土壤中的粘土矿物和有机质的相互作用影响着许多物理化学和生物化学过程，包括碳循环。然而，PAM在土壤中的环境行为及其背后的机制尚未完全明了。本研究结合了分子动力学（MD）模拟和一系列实验技术，研究了PAM与高岭石以及腐殖酸（HA）-高岭石（HA-Kao）复合物之间的相互作用，从原子层面阐明了PAM在高岭石和HA-Kao复合物上的吸附机制。吸附实验表明，HA-Kao复合物对PAM的吸附能力比单独的高岭石高8.51%；分子动力学模拟结果也显示，PAM吸附在HA-Kao复合物上的相互作用能比单独吸附在高岭石上的相互作用能高6.23%，这表明HA-Kao复合物更有利于PAM的吸附。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）实验以及分子动力学模拟结果均表明，氢键是PAM在高岭石和HA-Kao复合物上吸附的重要机制。腐殖酸增强了PAM的吸附效果，其羟基和羧基为PAM提供了额外的吸附位点，促进了更多氢键的形成（比单独的高岭石多12.89%），同时缩短了氢键长度并增大了氢键角度，这些都有利于PAM的吸附。这项工作为理解PAM在土壤环境中的吸附和迁移行为提供了新的视角。