假設(shè)：有機(jī)共溶劑普遍用于疏水性有機(jī)化學(xué)物(HOCs)的吸附研究，可以通過競(jìng)爭(zhēng)吸附劑上的活性位點(diǎn)來抑制HOC吸附。吸附劑結(jié)構(gòu)會(huì)影響HOC吸附的共溶劑干擾；然而，這種影響仍然不清楚，導(dǎo)致對(duì)吸附機(jī)制的理解不完整。
實(shí)驗(yàn)：本研究通過分子動(dòng)力學(xué)模擬和量子化學(xué)計(jì)算，研究了水-甲醇共溶劑體系中的鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)在功能化石墨烯片上的競(jìng)爭(zhēng)吸附。
發(fā)現(xiàn)：模擬結(jié)果表明，石墨烯缺陷中的官能團(tuán)對(duì)甲醇有很強(qiáng)的吸附親和力。被吸附的甲醇占據(jù)了石墨烯中心的大量活性位點(diǎn)，從而削弱了DOP的吸附。
然而，吸附在石墨烯邊緣的甲醇不能與DOP競(jìng)爭(zhēng)活性中心。在所有官能團(tuán)中，-COOH對(duì)甲醇的結(jié)合親和力最強(qiáng)，因此主要控制石墨烯和甲醇之間的相互作用。本研究為理解甲醇和DOP在功能化石墨烯片上的競(jìng)爭(zhēng)吸附做出了創(chuàng)新性貢獻(xiàn)，尤其是在可視化活性中心競(jìng)爭(zhēng)方面，并為石墨烯去除HOCs和其實(shí)際應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
圖1. DOP在水-甲醇溶劑中的UV透過率(甲醇含量:0%、5%、10%和20%；DOP濃度:1、5、10、25和50 ppm)。
圖2. z軸方向各組分濃度分布(A: GPE-1/MeOH-0%, B: GPE-2/MeOH-0%, C: GPE-3/MeOH-0%, D: GPE-1/MeOH-5%, E: GPE-2/ MeOH-5%, F: GPE-3/MeOH-5%, G: GPE-1/MeOH-10%, H: GPE-2/MeOH-10%, I: GPE-3/MeOH-10%, J: GPE-1/MeOH-20%, K: GPE-2/MeOH-20%, L: GPE-3/MeOH-20%)
圖3. 在功能化石墨烯上DOP吸附的平衡構(gòu)型(A: GPE-1/MeOH-0%, B: GPE-1/MeOH-5%, C: GPE-1/MeOH-10%, D: GPE-1/MeOH-20%, E: GPE-2/MeOH-0%, F: GPE-2/MeOH-5%, G: GPE-2/MeOH-10%, H: GPE-2/MeOH-20%, I: GPE-3/MeOH-0%, J: GPE-3/MeOH-5%, K: GPE-3/MeOH-10%, L: GPE-3/MeOH-20%)。
圖4. 在不同甲醇含量的溶劑中，吸附在不同功能化石墨烯模型上的DOP的徑向分布函數(shù)[g(r)](A:GPE-1，B: GPE-2，C: GPE3)。
圖5. 距離石墨烯表面5 Å以內(nèi)的甲醇平衡構(gòu)型(顯示為綠色) (A: GPE-1/MeOH-5%, B: GPE-1/MeOH-10%, C: GPE-1/MeOH-20%, D: GPE-2/MeOH-5%, E: GPE-2/MeOH-10%, F: GPE-2/MeOH-20%, G: GPE-3/MeOH-5%, H: GPE-3/MeOH-10%, I: GPE-3/MeOH-20%)。
圖6.吸附在功能化石墨烯上的甲醇的平衡構(gòu)型和吸附能(A:石墨結(jié)構(gòu)，B: –CO
2H
2CH
3, C: –COOH,D:石墨N，E:吡啶N，F(xiàn):吡咯N，G:缺陷)。
圖7. 不同石墨烯官能團(tuán)與甲醇相互作用的電荷密度(A:石墨結(jié)構(gòu)，B: –CO
2H
2CH
3, C: –COOH,D:石墨N，E:吡啶N，F(xiàn):吡咯N，G:缺陷)。
相關(guān)研究成果由昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院云南省土壤固碳與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Peng Yi等人于2021年發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.07.086)上。原文：Competitive adsorption of methanol co-solvent and dioctyl phthalate on functionalized graphene sheet: Integrated investigation by molecular dynamics simulations and quantum chemical calculations。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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