Nghiên cứu sự hấp phụ một số phân tử hữu cơ dễ bay hơi trên bề mặt carbon hoạt tính bằng phương pháp phiếm hàm mật độ

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này, các cấu trúc hình học bền của sự hấp phụ các phân tử hữu cơ (gồm HCHO, C₂H₅OH, CH₃COCH₃) trên bề mặt carbon hoạt tính (AC) ở trạng thái thuần khiết và pha tạp kim loại Fe/Zn được xác định ở mức lý thuyết PBEPBE/6-31G(d). Sự hình thành các tương tác giữa các vị trí của phân tử và bề mặt AC tập trung ở tâm các vòng carbon và các nhóm chức trong các phân tử hữu cơ. Đối với bề mặt pha tạp Fe (Fe@AC) hay pha tạp Zn (Zn@AC), các tương tác bền được hình thành ưu tiên tại các vị trí Fe/Zn và các nhóm chức. Năng lượng hấp phụ của các phân tử trên các bề mặt tính được trong khoảng từ -6,2 đến -8,3 kJ.mol^-1 đối với AC và từ -7,4 đến -49,3 kJ.mol^-1 đối với Zn@AC và -166,3 đến -292,7 kJ.mol^-1 đối với Fe@AC. Các kết quả phân tích AIM và NBO khẳng định sự hình thành và độ bền của các tương tác liên phân tử trong quá trình hấp phụ. Các tương tác yếu kiểu H‧‧‧C*/π đóng vai trò quan trọng trong việc làm bền các cấu hình hấp phụ đối với bề mặt AC thuần khiết. Bên cạnh đó, các tương tác tĩnh điện kiểu O‧‧‧Fe/Zn có một phần bản chất cộng hóa trị đóng góp đáng kể vào độ bền các cấu hình hấp phụ giữa các phân tử hữu cơ với bề mặt AC pha tạp Fe/Zn. Đáng chú ý, việc pha tạp Fe lên bề mặt AC làm tăng cường khả năng hấp phụ các phân tử hữu cơ hơn so với việc pha tạp Zn.