氧化锌/纤维素复合材料对镉离子吸附性能的实验与密度泛函理论研究

摘要

采用固液非均匀体系法制备了氧化锌/纤维素(ZnO/cellulose)复合材料.XRD、SEM和FT-IR分析表明,氧化锌均匀分散在纤维素网络结构中,其中ZnO具有六方纤锌矿结构,而纤维素为I型结构.对不同pH值、浓度等条件进行了探索,并考察了所制备的复合材料对重金属镉离子的吸附性能.结果表明,在弱酸及中性(pH=4～7)条件下,复合材料对镉离子有较好的吸附能力.对吸附过程进行了Freundlich和Langmuir模型的拟合处理,结果显示吸附过程符合这两个模型,最大吸附量为43 mg·g-1.采用密度泛函理论计算探索了复合材料吸附水合镉离子形成的复合体系模型,结构优化发现可采用Outer sphere(OS)和Inner sphere(IS)机制模式,其界面作用分别为氢键和O→Cd配位键.虽然它们具有相似的占据轨道性质,但是界面作用强度与性质差异导致了非占据轨道性质和HOMO-LUMO带隙的不同.