纳米零价铁-蒙脱石@功能化生物炭复合材料对磷酸盐的协同去除机制：化学键合与配位作用研究

本文推荐：本研究创新性地采用液相还原-逐层组装策略合成nZVI-MT@FBC纳米复合材料，通过蒙脱石（MT）、功能化生物炭（FBC）与纳米零价铁（nZVI）的协同作用，实现磷酸盐高效去除（45.41 mg/g）。结合DFT计算首次揭示不同pH下Fe-O-P配位与氢键的协同机制，为极端酸性水体（如矿山废水）治理提供新思路。

　　

Highlight亮点

本研究成功构建的nZVI-MT@FBC复合材料展现出卓越性能：

• 广谱pH适应性（包括酸性矿山废水等极端环境）

• 超高吸附容量（45.41 mg/g）与优异再生能力

• 通过Fe-O-P配位键和氢键实现多磷酸盐物种（H₂PO₄^?/HPO₄^2?/PO₄^3?）同步捕获

Computational Method计算方法

采用Materials Studio 2019的Dmol3模块进行密度泛函理论(DFT)计算：

• 使用PBE泛函和COSMO溶剂化模型模拟真实水环境

• 首次绘制出不同pH下磷酸盐与Fe活性位点的"结合指纹"：

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  酸性条件：H₂PO₄^?通过双齿配位形成Fe-O-P=O结构

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  中性条件：HPO₄^2?产生更强的轨道杂化作用

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  碱性条件：PO₄^3?触发电子云重排形成立体稳定构型

Conclusions结论

这项研究如同为水体净化设计了一位"全能猎手"：

1）结构创新：蒙脱石像"骨架"增强稳定性，生物炭作为"海绵"提供大比表面积，nZVI扮演"磁铁"精准捕获磷酸盐

2）机制突破：化学吸附主导的多层吸附模式，配合氢键网络形成"天罗地网"

3）应用前景：在矿山废水治理领域展现出"以一敌百"的潜力，为《水污染防治行动计划》提供技术储备