苯乙醇和茴香醚在含Fe蚕沙基生物碳材料的储香与释放性能研究

• 作者: 陈功 武煜翔 卢真保 王炳锋 杨东晓 赵钟兴 黄艳
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: Fe基蚕沙生物炭 吸附 脱附 苯乙醇 茴香醚 分子模拟
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 分离工程
• 页码范围: 5628-5635
• 页数: 7页
• 分类号: TQ656.5
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200311

摘要

选用桑蚕废弃物蚕沙为碳源，利用ZnCl2和FeCl2作为活化剂，通过一步合成法获得一种Fe掺杂高石墨化多孔生物炭材料Fe/Z-ASE，并测定香精化合物分子苯乙醇和茴香醚在Fe/Z-ASE上的吸附和缓释动力学行为，然后再通过量子化学计算分析苯乙醇、茴香醚与Fe/Z-ASE的作用关系以及苯乙醇、茴香醚分子间作用力。结果发现：蚕沙多孔炭Fe/Z-ASE孔隙结构发达，表面石墨化碳含量高，Fe元素分布均匀，其BET比表面积为950.9 m2/g且中孔占60%以上，是一种表面疏水并呈现弱极性的多级孔生物炭材料；在苯乙醇和茴香醚的扩散和控释过程中，茴香醚具有比苯乙醇更高的吸附量（510mg/g）和扩散动力学常数（1.7×10-2min-1），而且在不同初始茴香醚吸附量下（150~500mg/g）其都能获得较好的控释效果。随后通过密度泛函DFT模拟计算可知，茴香醚和苯乙醇都是弱碱，能与Fe/Z-ASE材料上的弱酸性吸附位（Fe-C）产生相互作用，而且由于茴香醚的碱性更弱，所以与Fe/Z-ASE的作用力更强。然后再通过分子动力学分析可知，苯乙醇分子间能产生强氢键作用而茴香醚分子间不存在强相互作用，所以苯乙醇分子在高初始吸附量下不易被脱附，而茴香醚分子在高/低初始吸附量下都能获得较高脱附保留率。