近日，农业农村部环境保护科研监测所重金属生态毒理与污染修复创新团队在汞和镉污染高效修复材料研制与机理方面取得新突破，该研究制备了一种低成本、高性能修复材料，采用光谱学和量子化学手段揭示相关机理，以期为重金属污染治理提供了支撑。

重金属汞（Hg）、镉（Cd）是优先控制污染物，对生态环境和人体健康构成严重威胁。本研究以秸秆生物炭为原料合成了铁锰氧化物改性生物炭（FM-BC），并通过批吸附试验、结构表征和密度泛函理论（DFT）计算深入探究了Hg2+和Cd2+的吸附机理。研究表明铁锰氧化物改性生物炭比原始生物炭含有更多的吸附位点，化学吸附是Hg2+和Cd2+吸附的限制步骤。其中铁锰氧化物改性生物炭对Hg2+和Cd2+的最大吸附量分别达到86.82和131.03 mg·g-1。结合SEM-EDS、XRD、FTIR和XPS等表征结果，发现铁锰改性生物炭表面的金属氧化物和含氧官能团可以与Hg2+和Cd2+形成内球络合物。DFT计算结果表明，铁/锰原子掺杂到碳材料中增加了Hg(II)和Cd(II)的吸附能，芳环内的静电势降低进一步促进了Hg2+/Cd2+-π之间的相互作用。碳和铁/锰原子之间的电负性差异可以有效地改变掺杂位点附近的电荷分布，促进了碳原子和金属原子之间的电荷转移。综上所述，FMBC制备工艺简单、经济性好、吸附性能优良，在去除水溶液中的Hg(II)和Cd(II)方面具有应用潜力。

图1 FMBC对Hg(II)和Cd(II)的吸附机理图

该成果以题为“Effective removal of Hg2+ and Cd2+ in aqueous systems by Fe–Mn oxide modified biochar: A combined experimental and DFT calculation”发表于《Desalination》。农业农村部环境保护科研监测所博士研究生孙彤为论文第一作者，孙约兵研究员为论文通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金（31971525）和中国农科院科技创新工程所级重点任务项目的资助。