壳聚糖/石墨烯和壳聚糖/氧化石墨烯复合材料在去除铜（Cu）和铅（Pb）中的应用

由铅（Pb）和铜（Cu）等重金属造成的水污染由于其毒性及对人类健康和环境的不利影响，代表了一个严重的全球挑战。在几种修复方法中，使用如壳聚糖（Cs）这一基于聚合物的吸附剂的吸附技术已成为一种有前途的方法。在本研究中，壳聚糖与石墨烯（Gr）和氧化石墨烯（GrO）相互作用，以增强其与二水合铅和铜的可能相互作用。研究采用密度泛函理论（DFT）在B3LYP/LANL2DZ理论水平下研究了Cs/Gr和Cs/GrO复合材料的电子特性。计算了包括总偶极矩（TDM）、HOMO-LUMO能隙（∆E）和全局反应性描述符在内的物理参数。此外，还分析了分子静电势（MESP）、态密度（DOS）和前沿分子轨道（FMO）。结果表明，电子特性显著改善，TDM值增加（Cs/Gr为7.300 Debye，Cs/GrO为6.311 Debye），而∆E降低（Cs/Gr为3.671 eV，Cs/GrO为2.701 eV），显示出反应性增强。对于与二水合铅和铜的相互作用，评估了吸附能（Ea），显示出适当的结合，其中Cs/Gr/二水合铅的Ea值为–13.869 eV，Cs/Gr/二水合铜为–13.689 eV，Cs/GrO/二水合铅为–12.975 eV，以及Cs/GrO/二水合铜为−14.211 eV。分子中的原子量子理论（QTAIM）分析确认了Ea的结果。合成了Cs/GrO复合材料，并测量了FTIR光谱并与计算的振动频率进行比较。本研究结合了DFT和QTAIM，以提供对Cs/Gr和Cs/GrO复合材料对二水合铅和铜的选择性吸附行为的全面理解，并通过FTIR验证了计算模型。