农业机械学报

作者：袁巧霞，李恩光，刘宸，杨争鸣，徐洋，曹红亮

单位：华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,华中农业大学,

关键词：生物炭;氮氧掺杂;氨氮;密度泛函理论;吸附机制

基金：国家自然科学基金项目（31971807）

氮氧掺杂改性对于提升生物炭氨氮吸附回收性能效果显著，但氮氧掺杂位点对氨氮的增强吸附行为与机制还有待进一步明晰。从分子原子尺度出发，借助密度泛函理论（DFT）计算，通过构建不同氮氧掺杂结构的生物炭氨氮吸附体系，研究不同氮氧赋存形态对氨氮的吸附行为与机制机理。计算结果表明,未掺杂的碳骨架结构与NH+4间的吸附能为4.65kJ/mol，经过氮氧掺杂之后，吸附能提升至原值的2.59~14.81倍，吸附效果提升明显。同时，从掺杂位置影响来看，同一基团在不同掺杂位置的吸附差异不大，吸附能在1.09~8.49kJ/mol之间变化。此外，进一步解析不同赋存形态氮氧基团的NH+4吸附机制发现，氮氧单掺杂中，氧化氮和羰基的吸附效果最强，是氢键和范德华力协同作用的结果。氮氧基团共掺杂吸附效果提升至原值的4.7~9.8倍，吸附能力介于氮氧单掺杂之间。其中羰基和氧化氮基团共掺杂由于发生竞争吸附，使得共掺杂结构对NH+4的吸附效果减弱。最后，不同氮氧改性生物炭的氨氮吸附效能实验，有效验证了上述理论计算与分析结果的合理性。

来源：2025年第6期

《农业机械学报》期刊编辑部

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