西安交通大学SPT| 生物炭对Pb(Ⅱ)吸附的密度泛函理论研究：聚焦分子结构及碱金属与碱土金属

本研究基于密度泛函理论探讨生物炭对Pb(Ⅱ)的吸附特性。背景方面，生物炭作为吸附材料在重金属污染治理中具有应用潜力。研究目的为系统评估生物炭分子结构及其表面官能团对Pb²⁺吸附行为的影响机制。通过¹³C NMR、FTIR和XPS分析确定生物炭三维结构为C₅₈H₄₀N₂O₉，表面修饰有羰基、羧基等含氧官能团。研究结论表明：吸附性能与官能团种类及局部分子结构密切相关，其中构型3通过Pb²⁺同时配位羰基氧与芳香碳实现协同吸附，吸附能达-114 kJ·mol⁻¹；碱金属/碱土金属（AAEMs）中K、Ca的离子交换能力显著优于Na、Mg，且能增强Pb-O键强度；建议优先选用富集K/Ca的生物炭用于Pb²⁺去除，为生物炭筛选改性提供理论依据。