Ученые раскрыли молекулярные механизмы взаимодействия кадмия с новым сорбентом

Исследователи из Китая разработали метод, позволяющий отслеживать химические реакции между кадмием и органическими компонентами при очистке воды. Полученные данные, опубликованные в журнале «Chemical Engineering Journal», создают новую теоретическую базу для создания эффективных материалов против тяжелых металлов.

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记者27日从农业农村部环境保护科研监测所获悉，该所重金属生态毒理与污染修复创新团队基于生物腐植酸—巯基坡缕石复合材料，系统揭示了镉吸附过程中材料内源性溶解有机质的动态演化及分子反应机制，为新型吸附材料的研发和重金属污染修复提供了新的理论依据。相关成果发表于《化学工程期刊》。镉是具有高毒性的污染物之一。近年来，功能复合材料被广泛用于水体和土壤中镉的去除。但在吸附过程中，材料自身释放的内源性溶解有机质，如何与镉相互作用、又经历怎样的环境归趋，这些问题仍缺乏分子层面的系统认识。据论文通讯作者、重金属生态毒理与污染修复创新团队首席、农业农村部产地环境污染防控重点实验室副主任孙约兵介绍，该团队通过多尺度表征、固定柱动态实验和密度泛函理论计算等多种手段，系统解析了新型有机—无机复合材料对镉的去除性能及其内源性溶解有机质与镉之间的相互作用路径。研究结果表明，不同分子量生物腐植酸—巯基坡缕石复合材料最大吸附能力达到48.2毫克/克。进一步研究发现，镉并非只是被动地被材料吸附，还会“激活”材料内源性溶解有机质的反应性。吸附过程中的动态监测揭示了类腐殖质组分对镉的敏感性以及芳香羧基和酰胺基团的关键作用。此外，镉诱导了内源性溶解有机物从不饱和氧化化合物向不饱和还原化合物的转变，同时伴随着脱羧与脱氨基反应。研究揭示镉诱导有机组分发生结构重排和关键反应，这一发现从分子尺度揭示了镉吸附过程中“吸附材料—有机质—重金属”之间的耦合转化机制。 “该成果突破了以往只关注材料吸附容量和去除效率的研究视角，将材料内源性溶解有机质的环境行为纳入重金属吸附过程评价框架。这不仅有助于理解镉在复合吸附体系中的环境归趋，也为开发新型有机—无机复合吸附材料提供了科学支撑。”孙约兵表示。 “掌”握科技鲜闻（微信搜索techsina或扫描左侧二维码关注）