基于密度泛函理论计算对捕收剂在烧绿石表面的吸附行为差异研究

通过密度泛函理论计算和浮选实验研究了烧绿石晶体性质以及三种捕收剂在其表面的吸附行为差异。计算和 XPS 分析结果显示：烧绿石晶体中 Nb 和 Ca 的强反应活性和解离面的不稳定性使得捕收剂与其结合而产生浮选作用,BHA 和 DDA 主要通过脱质子化和非脱质子化官能团在烧绿石表面吸附,吸附活性位点为 Nb,因而其具有较强的捕收性和选择性,而 NaOl 主要通过 RCOO-和烧绿石表面的 Ca 相互作用而产生化学吸 附,吸附能较小,故其捕收性和选择性最差。验证实验表明,在适宜的浮选条件下,DDA的浮选效果最好,回收率可达 89%,受 pH 影响较大,BHA 和 NaOl 捕收性能略差,但作用稳定,浮选指标能够保持在较高水平。     

基于密度泛函理论计算对捕收剂在烧绿石表面的吸附行为差异研究

通过密度泛函理论计算和浮选实验研究了烧绿石晶体性质以及三种捕收剂在其表面的吸附行为差异.计算和XPS分析结果显示:烧绿石晶体中Nb和Ca的强反应活性和解离面的不稳定性使得捕收剂与其结合而产生浮选作用,苯甲羟肟酸(BHA)和十二胺(DDA)主要通过脱质子化和非脱质子化官能团在烧绿石表面吸附,吸附活性位点为Nb,因而其具有...     

辛基羟肟酸在氟碳钙铈矿表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论(DFT),利用Material Studio软件的CASTEP模块,对氟碳钙铈矿(100)面的表面性质,如能带、态密度及电荷密度进行了分析,对捕收剂辛基羟肟酸(OHA)在氟碳钙铈矿(100)面的吸附构型进行优化,并计算其吸附能。DFT计算结果表明:氟碳钙铈矿为半导体,(100)面是氟碳钙铈矿的优先解离面;经过优化,氟碳钙铈矿(100)面弛豫较小,表面导带与费米能级相连,表明金属特征明显,表面电化学活性较强;由于断键的形成和电荷的再分配,(100)面Ce、Ca原子活性增强,成为荷正电的活性位点;OHA阴离子在氟碳钙铈矿(100)面Ce、Ca位点形成的稳定吸附构型均为单核双配位吸附构型,吸附能分别为-674.59 k J/mol与-507.19 k J/mol;与Ca位点相比,OHA与Ce位点形成五元螯合物构型吸附能更低,构型更稳定;OHA阴离子与氟碳钙铈矿表面Ce位点吸附能力强于Ca位点,OHA捕收剂将优先在氟碳钙铈矿表面Ce位点进行吸附。     

白铅矿表面硫化及黄药吸附的密度泛函理论研究

硫化-黄药法是浮选白铅矿的主要方法，为探究硫化对白铅矿表面结构的影响，采用基于紧束缚法的密度泛函理论对乙黄药、丙黄药和丁黄药在白铅矿(001)表面的吸附进行模拟。结果表明，3种烃基黄药类捕收剂会与清洁白铅矿(001)表面发生化学吸附，并且随着碳链长度增长，吸附作用更强；水化作用会增大药剂分子在矿物表面的吸附距离，导致黄药与水化白铅矿(001)表面基本不发生化学吸附；硫化后的白铅矿(001)表面会与黄药发生吸附，且吸附作用明显增强。研究结果可为实现白铅矿的高效浮选提供理论指导。     

2-羟乙基三甲基氯化铵抑制蒙脱石水化膨胀的密度泛函计算

为探究2-羟乙基三甲基氯化铵(LHDJ)抑制蒙脱石水化膨胀的机理,基于密度泛函理论的方法研究了干态和湿态环境中LHDJ在蒙脱石表面的吸附机理。结果表明,干态环境下,LHDJ在蒙脱石001表面和层间都能稳定吸附,但LHDJ在Na-001表面吸附主要是静电作用,在None-001表面和层间的吸附是氢键和静电引力的共同作用,钠离子的存在并不利于LHDJ吸附在蒙脱石001表面。湿态环境下,LHDJ与水分子协同吸附,水分子将LHDJ和蒙脱石表面桥联起来并增强它们之间的静电作用和氢键作用。LHDJ抑制蒙脱石水化膨胀的机理主要是:LHDJ在水溶液中产生大量正电离子,中和蒙脱石表面的负电性,减弱颗粒间的静电斥力;同时,LHDJ可以牢固地吸附在蒙脱石外表面,随吸附量的增加,阻碍水分子在表面的吸附,但并不改变蒙脱石的亲水性;此外,LHDJ易进入层间交换出钠离子,依靠静电作用、氢键作用和水分子的桥联作用与上下两表面吸附牢固,拉紧层间距,水分子不易进入层间增大层间距。     

闪锌矿表面铅活化及黄药吸附的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论对闪锌矿Pb2+替换活化和PbOH+吸附活化开展了模拟研究,同时研究了铅活化对闪锌矿表面黄药吸附的影响.计算结果表明,PbO H+吸附活化比Pb2+取代活化在能量上更容易发生.Pb2+活化的闪锌矿表面,黄药的S与表面Pb作用距离略大于铅硫原子半径之和,相互作用较弱;而在PbO H+活化的闪锌矿表面,黄药...     

不同胺/铵阳离子在高岭石(001)面吸附的密度泛函计算

为探索阳离子胺盐和季铵盐在高岭石表面的吸附机理,构建了CH6N+（伯胺阳离子）、C2H8N+（仲胺阳离子）、C3H10N+（叔胺阳离子）及C4H12N+（季铵阳离子）4种不同胺/铵阳离子构型,并采用密度泛函理论对4种阳离子在高岭石（001）面的吸附进行模拟计算。模拟结果表明,4种阳离子CH6N+,C2H8N+,C3H10N+及C4H12N+在高岭石（001）面都能发生稳定吸附,其较为稳定构型的吸附能分别-125.385,-126.154,-128.654和-109.711 k J/mol;但3种胺阳离子与季铵阳离子的吸附机理不同:胺阳离子在高岭石（001）面的吸附是静电引力和氢键的共同作用,季铵阳离子则只通过静电引力作用与高岭石（001）面发生吸附。静电引力作用是导致不同胺/铵阳离子在高岭石（001）发生吸附的主导作用。     

蒙脱石对胆酸的体外吸附

胆酸经硫酸溶液脱水后在387±1nm处有最大吸收,用紫外分光光度法测定胆酸吸光度与浓度的关系,得标准曲线,此法灵敏度高,准确,稳定性好。测蒙脱石对胆酸吸附的吸光度,由标准曲线找出对应胆酸的浓度,然后可计算出蒙脱石对胆酸的体外吸附率。本文就钠基蒙脱石、浙江蒙脱石、酸型蒙脱石对胆酸的吸附作用进行了研究。     

1831在蒙脱石上的吸附及其稳定性研究

以潍坊蒙脱石为原料,研究了十八烷基三甲氯化铵(1831)在蒙脱石上的吸附反应,建立了等温吸附模型,探讨了吸附量随时间和介质pH值的变化及机理,通过脱附反应研究了有机蒙脱石的稳定性。结果表明,Lang-muir吸附等温式和Redlich-Peterson等温吸附式能较好地拟合吸附曲线,利用表面活性剂在固液界面上的吸附公式也得到了较好地拟合。pH值较高有利于季铵盐在蒙脱石上的吸附,80℃的条件下得到的有机蒙脱石稳定性好于30℃。     

不同硫组分在菱锌矿表面吸附的计算研究

采用量子化学计算的第一性原理模拟了不同硫组分在菱锌矿(001)解离面上的吸附,研究了硫组分在菱锌矿表面的吸附机理。吸附能计算结果显示:相比HS-,S2-在菱锌矿(001)解离面的吸附更加稳定,吸附能的绝对值更大,同时发现硫组分主要吸附在Zn位上;吸附前后的态密度对比分析表明,硫组分在菱锌矿表面的吸附形成了新的Zn—S化学键;布居分析发现:硫组分吸附在菱锌矿表面新形成Zn—S键的过程中,Zn、S之间发生了明显的电荷转移。研究结果阐释了菱锌矿的硫化机理,为菱锌矿硫化浮选研究提供了理论依据。     

基于密度泛函的铁基改性生物焦汞吸附与再生机理

为进一步探究生物焦汞吸附特性与提升生物焦汞吸附性能,采用共沉淀法制备以生物基为载 体的铁基改性生物焦脱汞剂,基于密度泛函理论,结合多种表征和计算手段,通过高价金属离子、晶格 氧与氧空位结合,构建了缺陷型碳环掺杂金属的铁基改性生物焦分子模型,并对 Hg0 在铁基改性生物 焦表面吸附的反应路径进行研究,确定了 Hg0 在改性生物焦表面的吸附反应活化能垒和决速步骤,进 一步揭示了 Hg-Fe10%-BC 的反应机制和相应成键机理。 在验证不同铁基负载比率失活生物焦再生 可行性的基础上,揭示了失活生物焦再生反应机理,探究了反应条件和含氧官能团对吸附过程的影响 机制。 研究发现,Hg0 在铁基改性生物焦表面的吸附过程共包含扩散与吸附氧化阶段,其中 Hg0 作 为 Lewis 碱易与作为 Lewis 酸的改性生物焦发生非均相氧化反应,而 HgO 则为 Hg0 吸附后的主要赋存 形态;带有电子的氧空位为吸附过程的化学吸附位点,均匀分散在生物焦中的金属离子与对应氧化物中 的晶格氧为反应过程中的氧化位点;含氧官能团通过自身酸碱程度进一步影响生物焦汞吸附性能;失活 生物焦再生受到氧链长度增加的限制,最大汞吸附效率降至改性生物焦一次汞吸附效率的 90%;定量揭 示了铁基改性生物焦 Hg0 的吸附机理与失活改性生物焦的再生机制,为脱汞方法的优化提供理论依据。     

基于密度泛函理论的水对黄铁矿和煤表面润湿性机理研究

浮选建立在矿物表面润湿性差异之上,为了研究水对黄铁矿和煤表面的润湿机理,构建了黄铁矿和理想化的煤表面模型,并采用密度泛函理论（DFT）分析了水分子和氧分子在黄铁矿和理想化的煤表面上的吸附。结果表明：黄铁矿表面的电子性质活跃,表面Fe与S原子均有未成键的悬挂键,使得黄铁矿表面对水具有较强的吸附活性;水分子在黄铁矿表面各吸附位的吸附能均为负值,底部对硫穴位为水分子吸附的最稳定构型（吸附能为−87.42 kJ/mol）;氧分子在黄铁矿表面吸附时会发生解离,但其对已吸附的水分子影响较小。理想化的煤表面原子的配位数与体相相同,且表面对电子的束缚较强,使得理想化的煤表面吸附活性较弱;水分子在各吸附位的吸附能均为正值,说明水分子难以吸附在理想化的煤表面上;氧分子在理想化的煤表面上吸附时未发生解离,且将已吸附的水分子排离表面。因此,黄铁矿表面具有较强的亲水性,而理想化的煤表面具有较强的疏水性。     

偶联剂对蒙脱石吸附精氨酸的影响

作者从研究精氨酸吸附曲线出发,分别利用戊二醛(GA)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅垸(KH570)处理蒙脱石,研究了不同处理方式下蒙脱石对精氨酸的吸附作用.结果显示,精氨酸吸附进入蒙脱石是静电作用、疏水作用和氢键等共同作用的结果,偶联剂存在的情况下会有部分共价键生成.XRD和FT-IR显示KH570使MMT表面结构发生改变,而GA则没有明显改变MMT的结构,但GA的使用可能更容易导致化学键的生成.偶联剂的使用可以增加吸附量,但对层间距影响不明显.该项研究对于蒙脱石的有机改性及药物负载等方面的应用研究具有重要意义.     

菱镁矿和白云石的表面性质及浮游性的密度泛函理论研究

菱镁矿是一种重要的含镁矿物,是制取金属镁的主要原料,菱镁矿和白云石的分离是使用浮选法富集菱镁矿的关键问题之一。矿物表面润湿性的调节是浮选过程中的核心问题,与矿物的表面性质密切相关,深入了解这两种矿物的表面性质,对研究菱镁矿和白云石的浮选分离具有重要意义。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究菱镁矿和白云石两种矿物解理面的性质及其与两种矿物浮游性之间的关系。结果表明:当矿物晶体破裂后,两种矿物的表面均出现明显的重构现象,白云石表面原子的弛豫现象比菱镁矿更明显;白云石(101)面的表面自由能小于菱镁矿(101)面的表面自由能;两种矿物表面Mg原子的3s轨道和2p轨道电子以及Ca原子的3s轨道电子的轨道能级均跨越费米能级;两种矿物(101)表面均具有较强的离子性。     

Au(100)表面亲/疏水性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论, 研究了单个、一层、多层(两层、三层)水分子与Au(100)表面的相互作用, 从原子层面上分析Au(100)表面的亲/疏水性质。同时结合分子动力学模拟, 分析水滴在金表面的润湿过程, 进而从介观层面上揭示金表面的亲/疏水性质。结果表明, 单个水分子在Au(100)表面是物理吸附。与单个水分子吸附构型相比, 一层水分子吸附构型中存在层内氢键作用, 多层水分子吸附构型中存在层内氢键和层间氢键作用。随着水分子层数的增多, 多层水分子吸附构型的内层水分子与Au(100)表面原子的平均作用距离呈现逐渐减小的趋势。水滴在金表面的分子动力学模拟结果表明, 有机污染会对金表面的润湿性产生较大影响, 导致金表面呈现一定的疏水性, 而清洁金表面则为亲水性。     

铁磁性及Hubbard U值对黄铜矿密度泛函理论计算的影响

黄铜矿具有反铁磁性,在密度泛函理论（DFT）计算过程中,磁性设置对计算的准确性非常重要,另外Hubbard U值对具有电子强关联性的Fe 3d轨道的修正对获得正确的电子结构也至关重要。研究了铁磁性、反铁磁性和Hubbard U值修正对黄铜矿密度泛函理论计算结果的影响。结果表明,没有设置U值修正会导致晶格常数偏离实验值较远,只有在反铁磁性和2.0 eV的U值同时设置条件下,黄铜矿的晶格参数与带隙值才非常接近实验值。无任何磁性设置时,表面结构弛豫变化较大,并且捕收剂乙基硫氨酯（Z-200）不能吸附;铁磁性设置对Cu的结构弛豫影响大于Fe的结构弛豫,反铁磁性设置对这两种金属元素的弛豫影响相同,都使其在表面上与S成键后呈近似平面的结构;另外,Z-200在铁磁性表面的吸附弱于在反铁磁性表面的吸附。研究表明反铁磁性设置和Hubbard U修正对黄铜矿的密度泛函理论计算非常重要,该研究为黄铜矿的密度泛函理论计算提供了参考。      

水合氢离子在伊利石(001)面和(010)面吸附的密度泛函研究

水合氢离子在黏土矿物颗粒表面的吸附造成界面性质的变化,进而影响溶液中的金属离子吸附。为揭示水合氢离子在黏土矿物表面的吸附机理,采用密度泛函理论方法对水合氢离子(H_3O~+)在伊利石(001)面和(010)面上的吸附进行模拟计算。结果表明:吸附在(001)面硅氧环上方的水分子易获得质子,H_3O~+优先吸附于硅氧环空穴上方。(010)面的≡Al—OH易从H_3O~+获得质子,水分子与H_3O~+存在竞争吸附; H_3O~+与(001)面间的静电作用强于(010)面,而氢键作用弱于(010)面,在(010)面的吸附稳定性强于(001)面;水分子的存在削弱H_3O~+与表面的氢键作用,然而对静电作用影响不大。从H_3O~+与伊利石表面微观吸附机理出发,H_3O~+的吸附增加界面水分子的活性,金属阳离子在表面的吸附可能更倾向于与活性水分子先发生配位作用。     

蒙脱石离子交换和吸附效应及在水处理中的应用

蒙脱石是典型的叠层状铝硅酸盐矿物，主要存在于膨润土、累托石等层状或混层状粘土矿物中，能直接或提纯后使用。其单位晶胞是由两层Si-0四面体夹一层Al-0八面体构成，当晶胞四面体内Si被Al、八面体内Al被Mg类质同相置换时，蒙脱石晶胞带有过剩的负电荷(每单位半晶胞负电荷约为0．2～     

铜离子在钙基蒙脱石上的吸附解吸行为

吸附去除水溶液中重金属离子是废水处理研究最主要内容之一,而它的工业应用受限于吸附剂的解吸效率。利用动力学及Langmuir等温模型研究了铜离子在钙基蒙脱石上的吸附解吸行为。结果表明:吸附容量和去除率主要受铜离子初始浓度及溶液pH值的影响,当初始浓度为40.84 mg/L且pH6时,99%的铜离子可被蒙脱石吸附去除。吸附过程符合伪二级动力学和Langmuir等温模型,线性相关性均在99%以上,吸附容量的实验值与Langmuir模型计算值相吻合。吸附的铜离子很容易在高浓度的氯化钠溶液中解吸出来,解吸率可达90%。连续4次吸附解吸后蒙脱石仍保持较强的吸附能力,且每次解吸后因层间为更易交换的钠离子,使前两次再生的蒙脱石吸附容量高于首次钙基蒙脱石的吸附容量。利用XRD对吸附及解吸前后的蒙脱石进行表征,结果与上述实验一致。     

镉在蒙脱石上的吸附解吸动力学与热力学研究

摘要:通过模拟自然环境特征,研究了不同温度下镉在蒙脱石上长时间的吸附和模拟酸雨对蒙脱石吸附的镉的解吸动力学及热力学行为,结果表明:30、40、50℃时,蒙脱石对镉的吸附及模拟酸雨对镉的解吸均能很好地符合Lagergren二级动力学方程,相关系数R均在0.98以上;不同温度下的蒙脱石对镉的吸附量随时间的增加均呈上升-下降-平衡的趋势,酸雨对蒙脱石吸附镉的解吸量则随时间的增加表现为先上升后趋于平衡;蒙脱石对镉的吸附是一个自发的吸热过程,受温度影响较小,而模拟酸雨对镉的解吸过程与吸附过程相反,是一个非自发的放热过程,温度对它的影响较大。