بررسي جذب فلزات مس، روي و كاديوم توسط منعقد كننده پليمري پلي آلومينيوم كلرايد بر پايه نظريه تابعي چگالي

Investigation of adsorption of copper, zinc and cadmium metals by polymeric coagulant polyaluminum chloride based on density functional theory

در فاضلاب ها و آبهاي شهري انواع مختلفي از مواد فلزي معلق وجود دارد كه جهت حذف آنها در تصفيه خانه هاي آب بايد از مواد منعقد كننده پليمري با هزينه بالا استفاده گردد. يكي از جديدترين مواد منعقد كننده، پلي آلومينيوم كلرايد PAC مي باشد. با توجه به هزينه زياد و زمان آماده سازي طولاني PAC ، استفاده از روش هاي شبيه سازي بجاي آزمايشات تجربي مقرون به صرفه تر مي باشد. در اين مقاله فرايند جذب فلزات مس، روي و كادميوم بر روي منعقد كننده PAC با استفاده از نظريه تابعي چگالي DFT توسط كد محاسباتي Quantum Espresso مطالعه شده است. محاسبات بر پايه روش امواج تخت بهمراه شبه پتانسيل با استفاده از تقريب شيب تعميم يافته (GGA) انجام گرفته است. همچنين شبه پتانسيل مورد استفاده به روش فوق نرم توليد شده است. . آناليز ساختار نواري و چگالي حالات الكتروني نشان داد كه كه تركيب PAC نيمه رسانا با شكاف انرژي5.4 eV مي باشد. همچنين نتايج حاصله از محاسبات جذب نشان داد كه فلزات مس، روي و كادميوم به ترتيب با انرژي جذب -4.56، -8.79 و -13.25 الكترون ولت جذب منعقد كننده PAC مي شوند. با توجه به اين نتايج، افزايش رسانايي تركيب PAC كه در نتيجه كاهش شكاف انرژي طي فرايند جذب ايجاد مي شود، مي تواند به عنوان عاملي براي شناسايي مواد فلزي معلق درون آب باشد.

There are different types of suspended metal materials in wastewater and municipal water, and high-cost coagulants must be used to remove them in water refinery. polyaluminum chloride (PAC) is one of the newest coagulants. Due to the high cost and long preparation time of PAC, it is more economical to use simulation methods instead of experimental tests. In this paper, the adsorption process of copper, zinc and cadmium on PAC coagulants has been studied using the density functional theory (DFT) by Quantum Espresso calculation code. The calculations are based on the flat wave method with quasi-potential using the generalized gradient approximation (GGA). The pseudopotential used is also generated by the ultra-soft method. Analysis of the band structure and density of electron states showed that the PAC materals are semiconductor with an energy gap of 5.4 eV. Also, the results obtained from adsorption calculations showed that copper, zinc and cadmium metals are adsorbed with PAC coagulant adsorption energy of -4.56, -8.79 and -13.25, respectively. According to these results, increasing the conductivity of the PAC compound, which is the result of reducing the energy gap during the adsorption process, can be a factor in identifying suspended metals in water.