功能化单层石墨烯去除水中砷离子的分子动力学研究及其吸附机制解析

地下水砷污染是全球性健康与环境威胁，亟需高效吸附材料。研究人员通过分子动力学(MD)模拟，系统研究了羧酸根(–COO?)、巯基(–SH)和羟基(–OH)功能化单层石墨烯(GSs)对As3+的吸附机制。结果表明：GS–COO?具有187.969 mg/g的最高吸附容量，径向分布函数(RDF)和空间分布函数(SDFs)证实其吸附效率显著优于其他材料，为砷污染治理提供了新型解决方案。

　　

砷离子(As³⁺)污染已成为危害全球饮用水安全的重大环境问题。针对这一挑战，科学家们采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics, MD)技术，深入探究了功能化单层石墨烯(Graphene Sheets, GSs)的除砷机制。研究团队对比分析了裸石墨烯与羧酸根(–COO^?)、巯基(–SH)、羟基(–OH)功能化材料的吸附性能。

令人振奋的是，吸附等温线数据完美符合朗格缪尔模型(Langmuir)，其中羧酸根修饰的GS–COO^?展现出187.969 mg/g的惊人吸附容量。通过径向分布函数(Radial Distribution Function, RDF)分析发现，As³⁺和水分子在GS–COO^?表面形成了更紧密的吸附层。空间分布函数(Spatial Distribution Functions, SDFs)三维成像进一步证实，功能化石墨烯周围的砷离子密度显著高于裸材料。

这项突破性研究不仅揭示了–COO^?基团的强配位吸附机制，更为设计新一代高效除砷材料提供了理论依据，对保障饮用水安全具有重要实践意义。