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图 1. (a) 单个 PFAA 分子从水(浅蓝色区域)吸附到 Beta 沸石的 FE 计算装置,(b) Beta 沸石板的横截面视图(𝑥–𝑦 平面)。
图 2. PFCA(𝑛 = 3–8)和 PFSA(𝑛 = 4、6、8)的吸附坐标函数 FE 曲线(a)处于去质子化状态,(b)处于中性状态,从水进入沸石 Beta.
图 3. 水-沸石 Beta 体系中去质子化 (a) PFBA、(b) PFOA、(c) PFBS 和 (d) PFOS 单个分子的轨迹与 z 坐标的关系。
图 4. (a) AIMD 模拟中液态水中 PFOA 去质子化的快照,(b) PFOA 阴离子从水-沸石 Beta 界面被拉入沸石 Beta 孔隙的初始和最终(40 ps)构型,(c) PFOA 阴离子约束在沸石 Beta 内的初始和最终(40 ps)构型。
主要发现
本研究的创新之处在于系统性地量化了全氟和多氟化合物在不同链长和酸性头基条件下的吸附行为,特别是在全硅沸石Beta这种非极性吸附剂上的吸附机制。通过分子动力学模拟和自由能分析,作者首次证明了PFAS吸附的自由能随着碳链长度的增加而降低,同时揭示了羧酸类PFAS的吸附主要依赖于疏水相互作用,而磺酸类PFAS的吸附则更多依赖于极性相互作用。这一发现为未来的吸附剂设计提供了理论支持,特别是在选择合适的吸附剂以同时捕获不同种类的PFAS方面。此外,该研究还通过计算和模拟表明,PFAS在水和沸石界面处能够通过获取质子转变为中性,从而更容易被吸附。
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