基于DFT研究Ca2+取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响

为探索Ca²⁺取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响机制,构建了Ca²⁺取代高岭石晶胞模型,并采用密度泛函理论方法对其进行键长、键角、能带结构及态密度、前线轨道、Fukui指数及电荷等分析.模拟结果表明：取代后晶胞导电性增强,同时反应活性更强,其中Na⁺平衡构型比K⁺平衡构型更稳定;在(001)面及■面上,取代后高岭石表面反应活性增强,其中H1,O3位点反应活性增强,而水分子相较于■面更倾向于吸附在(001)面.结合表面电荷分布,取代高岭石(001)面电负性增强,同时Na⁺与(001)面及■面均以静电作用为主.Ca²⁺取代Al³⁺,使得晶体产生局部膨胀,周围晶格结构产生变化;同时取代后改变晶体轨道电子分布,轨道能量及电荷密度随之变化,最终改变反应活性.     

十二胺在Fe2+掺杂高岭石层面吸附的密度泛函研究

为探究Fe²⁺掺杂对十二胺分子(DDA)及其阳离子(DDA⁺)在高岭石层面吸附的微观影响机制，对DDA和DDA⁺在Fe²⁺掺杂高岭石(001)及(■)面的吸附进行了密度泛函理论(DFT)计算.结果表明：DDA和DDA⁺在Fe²⁺掺杂高岭石层面的吸附机理为氢键和范德华静电引力共同作用.DDA在Fe²⁺掺杂高岭石层面吸附以氢键作用为主，范德华静电引力作用为辅；DDA⁺在Fe²⁺掺杂高岭石层面吸附以范德华静电引力作用为主，氢键作用为辅.Fe²⁺的杂质缺陷增强了高岭石(001)面的表面活性，对(■)面的表面活性影响较小.研究结果可为进一步研究煤泥水中黏土颗粒表面的真实吸附状态及煤泥水高效处理药剂的设计提供理论依据.     

季铵盐在高岭石表面吸附的分子模拟研究

为探究季铵盐类疏水改性药剂在高岭石表/界面吸附的微观结构及作用机理,对十八烷基三甲基氯化铵阳离子(OTAC+)在高岭石表面的吸附进行了分子模拟研究.密度泛函理论(DFT)结果表明:OTAC+能够通过其极性头基与表面形成C-H…,O弱氢键及强静电引力作用近似垂直地稳定吸附在高岭石不同层面;OTAC+在高岭石(001)面和...     

锐钛矿型TiO_2羟基化表面与H_2O相互作用的分子动力学研究

利用经典分子动力学对锐钛矿型TiO_2(101)/(001)羟基化表面与水分子的相互作用进行模拟计算,分析得到表面羟基对TiO_2-H_2O界面性质的影响.首先,通过TiO_2表面钛、氧原子与水中氧、氢原子间的径向分布函数及键长验证得到,所建羟基化TiO_2(101)/(001)模型和力场能够很好地模拟TiO_2-水体系的结构和相关特性.由分子动力学快照图可知,TiO_2表面的O_(2c)吸附位在羟基化前后不发生改变,而完整表面原有的Ti_(5c)吸附位被表面羟基中的氢原子取代.羟基化表面的水分子以氢键作用吸附于TiO_2表面引起界面电荷转移,根据水分子密度分布可知TiO_2-H_2O界面形成内亥姆霍兹层、外亥姆霍兹层和体相3个分层结构.与完整表面比较,羟基使TiO_2(101)表面内、外亥姆霍兹层均变窄,而TiO_2(001)表面仅内亥姆霍兹层变窄.对水分子的扩散性质和平均速度分布进行分析,相对于TiO_2(101)羟基表面,TiO_2(001)羟基表面结构更有利于水分子沿表面法线方向移动.最后,由水的电荷密度分布函数得到,表面羟基使得TiO_2(101)和(001)表面的电荷波动加剧,正、负电荷密度分布极值的绝对值明显增加.     

阴离子淀粉对一水硬铝石和伊利石浮选行为的影响

通过浮选实验、动电位和吸附量测定,考察了阴离子淀粉在一水硬铝石和伊利石浮选分离中的效果与作用机理.单矿物浮选实验表明,在阳离子捕收剂(DTAC)体系中,阴离子型淀粉(LSDZ)在pH=4～11的范围内抑制了一水硬铝石的浮选.当pH=6,c(DTAC):3×10-4 mol/L时,随着阴离子淀粉LSDZ用量的提高,一水硬铝石被抑制;当c(LSDZ)＜40 mg/L时,活化伊利石的浮选,继续提高淀粉用量,则伊利石被抑制.结果表明:阴离子淀粉是反浮选分离一水硬铝石和伊利石的有效调整剂,LSDZ通过氢键与静电力作用吸附在铝硅矿物表面,阳离子捕收剂使矿物表面ζ-电位正移,阴离子淀粉使矿物表面ζ-电位负移,且阴离子淀粉的加入能促进捕收荆DTAC在矿物表面的吸附.     

基于Washburn法的辉钼矿尺度效应分析及浮选响应

辉钼矿是典型各向异性矿物,其表面性质显著影响矿物的浮选行为.为了研究不同粒级辉钼矿表面性质差异及浮选响应,本文采用Washburn动态法分析了-74+38,-38+20,-20μm 3个粒级辉钼矿表面热力学性质,进而研究了不同粒级辉钼矿颗粒的浮选行为,并计算了烃类油捕收剂分子与辉钼矿不同解理面作用差异.研究结果表明:辉钼矿"面"和"棱"亲疏水差异显著,随着粒度减小,辉钼矿表面的疏水性明显降低,且颗粒表面能增加显著,非极性分量降低,极性分量增加明显,-20μm粒级辉钼矿升至高表面能表面,极性强.随着粒度减小,辉钼矿浮选速度及产率均下降,对于-20μm粒级尤为明显;C₁₂H₂₆分子优先在(001)面吸附,而水分子则优先在(010)面吸附,C₁₂H₂₆在(001)面的吸附能远高于(010)面.因此常规烃类油难以有效改善微细辉钼矿表面疏水性,对微细粒辉钼矿浮选性能改善有限.     

煤层夹矸中高岭石的x光衍射特征及其成因

二叠纪山西组二:煤层在焦作煤田为主要可采煤层,煤层夹矸的斌存与煤层结构有关,焦作煤田东部二:煤层结构较西部复杂,至使煤层夹矸增多。夹矸的矿物成份经 x 射线衍射半定量分析。主要为高岭石;地开石;伊利石;伊蒙混层矿物:碎屑石英等。上部夹矸中的高屿石含量在90%以上,镜下观察有的高岭石和伊利石保留着长石晶体假象,同时可见伊利石转化为高岭石。以上矿物经 x 射线衍射分析高岭石的(001)面和(002)面上的峰值强,但它们之间的六个峰值不明显,表明高岭石的结晶有序度不高。下部夹矸高岭石(001)面和(002)面之间,无六个峰值,结晶更差,夹矸中次生高岭石的(001)面和(002)面上峰值强。它们之间六个峰值强明显, 值在35～40之间的峰值也清晰,结晶有序度高,有的高岭石已转化为地开石。     

氨基酸及多肽在方解石表面吸附的分子动力学模拟研究

生物分子在无机晶体表面的选择性吸附是生物矿化研究的关键问题之一。选取五聚天冬氨酸、天冬氨酸和赖氨酸作为研究对象,分别对这些多肽和氨基酸在方解石(104)晶面上的吸附进行分子动力学模拟,研究其在无机晶面上的吸附特点和动力学特征。结果表明:天冬氨酸与晶面的直接作用相对较弱,倾向于吸附在方解石(104)晶面附近的第三或者第四溶剂化层,并且和溶剂化层中有序的水分子形成氢键与晶面相互作用;天冬氨酸和赖氨酸在方解石(104)表面上的吸附特点表明,氨基酸中氨基NH+3和羧基COO-本身的电性是影响氨基酸在材料表面的吸附的重要因素;方解石晶体表面的电荷分布与密度显著地影响多肽或蛋白质中具有电荷的残基的吸附取向、结构与强度,表明在研究生物矿化过程中,需要注意到晶体生长过程中生物分子和晶核及表面之间的晶格匹配。     

DTAC对不同粒级高岭石浮选行为的影响

通过浮选试验、Zeta电位测试、Materials Studio模拟研究了十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)对不同粒级高岭石浮选行为影响及吸附机理.结果表明:高岭石浮选回收率随矿浆pH值升高反而下降,0.1~0.075mm粒级的高岭石在酸性pH值内回收率大于90%,而-0.045mm粒级高岭石的回收率小于10%.pH>4时,(001)面荷负电;pH<6时,(001)面荷正电。通过分子动力学模拟计算发现,(001)面比(001)面更易吸附DTAC分子,而端面(010)和(110)对DTAC分子的吸附能力比(001)小.     

电位滴定回归分析法测定NH_4~+及其离解常数

铵离子(NH_4~+)是一种极弱酸,测定其含量通常手续比较繁琐.本研究采用电位滴定回归分析法滴定极弱酸,直接计算含量及其离解常数,结果比作图法准确.测定 NH_4~+的离解常数与文献值甚为接近.     

内循环对A2/O工艺脱氮的影响

采用有效容积为52L的A~2/O工艺,以实际生活污水为水源,研究了不同进水ρ(NH_4~+-N)负荷条件下,内循环回流比对系统脱氮效率的影响.实验结果表明,硝化速率随着进水ρ(NH_4~+-N)负荷增加而升高,系统脱氮效率随着内循环回流比增加而升高,内循环回流比从0增加到6,系统脱氮效率升高了14.0%,其中,ρ(NO_x~-N)去除率升高了10.2%,ρ(NH_4~+-N)去除率升高了3.8%.为稳定出水中氮的浓度、降低运行费用,内循环回流比应随进水ρ(NH_4~+-N)负荷的增加而增加,一般情况下内循环回流比易控制在2左右.     

正十二硫醇与煤油协同强化细粒辉钼矿浮选机理研究

为了改善细粒辉钼矿的浮选效果,研究了正十二硫醇(NDM)作为辅助捕收剂与煤油复配对细粒辉钼矿浮选行为的影响及作用机理.单矿物浮选试验结果表明：NDM与煤油复配(质量比2∶3)显著强化了辉钼矿的浮选效果.实际矿石浮选试验表明：复配捕收剂具有较好的捕收能力.接触角测试表明NDM与煤油复配有效改善了细粒辉钼矿表面的疏水性,红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)分析证实了NDM大量吸附于细粒辉钼矿表面.密度泛函理论(DFT)计算表明NDM通过巯基(—SH)上的S 3p轨道与Mo 4d轨道杂化,在辉钼矿极性“棱”上完成吸附,NDM在001面的吸附能(E_ads=505.536 kJ/mol)远高于在100面的吸附能,而煤油更易于吸附在001面上.因此,NDM和煤油在辉钼矿不同晶面的差异化吸附,同时改善了辉钼矿“棱面”疏水性,协同强化了细粒辉钼矿的浮选回收.     

聚三水合乙二胺四乙酸合钒酸钾的合成及结构表征

基于钒配合物对糖尿病有降血糖作用,合成一种新型聚三水合乙二胺四乙酸合钒酸钾的钒配合物.采用常温溶液挥发法培养出蓝色晶体聚三水合乙二胺四乙酸合钒酸钾,该晶体属单斜晶系,空间群为P21/c,所测晶体的每个配合物中包含有六配位的钒(IV)离子和七配位的钾离子.钒(IV)离子与硫酸氧钒中的一个氧原子,与来自HEDTA中的三个羧基氧原子和两个氮原子配位,形成扭曲的八面体结构;钾离子与两个水分子、两个桥键水分子和来自HEDTA中的三个羰基氧原子配位.配合物分子之间就是通过氢键连结成稳定三维网状结构.采用晶体衍射仪、红外光谱和元素分析仪对配合物的结构进行表征.     

NH_4~+和SO_4~(2-)耦合侵蚀下水泥土的力学性质试验

为研究NH_4~+和SO_4~(2-)耦合侵蚀下水泥土的力学性质,将制备的水泥土试块置于不同浓度的硫酸铵和硫酸钠溶液中进行长期(150 d)浸泡,通过无侧限抗压强度试验,得到无侧限抗压强度随侵蚀溶液浓度和侵蚀时间的变化规律,分析NH_4~+和SO_4~(2-)耦合侵蚀对水泥土力学性质的影响.研究结果表明:低浓度的SO_4~(2-)在初期对水泥土的抗压强度有明显促进作用;当硫酸铵溶液浓度大于9.0 g/L后,相较于NH_4~+,SO_4~(2-)对水泥土的侵蚀占主导地位;NH_4~+对水泥土有一定的侵蚀作用,且随侵蚀浓度的增加而逐步提高;NH_4~+和SO_4~(2-)通过化学侵蚀和晶体膨胀侵蚀,影响水泥土的力学性质.     

黏土矿物蒙脱石晶体的种类及其结构分析

蒙脱石是一种常见且应用广泛的黏土矿物,因其具有吸附杂原子的性能,研究蒙脱石对工程安全具有现实意义.鉴于实验研究难以针对蒙脱石吸附特性做出微观解释,采用密度泛函理论计算了5种杂原子(Mg、Na、K、Ca和Cs)蒙脱石晶体的各类性质,包括几何电子结构以及杂原子掺入晶胞造成的能量变化.计算结果显示:所有模型中氢氧键均为0.98?,铝氧键比硅氧键要长;所有的蒙脱石晶体内部3种不同氧原子的分波态密度波形相似,硅原子的分波态密度值较小,但与氧的波形重叠,表明有共价键的存在;通过杂原子掺入蒙脱石晶胞造成的能量变化进行分析,结果显示:Mg蒙脱石、Na蒙脱石、K蒙脱石晶体较为稳定.这些通过理论计算得到的稳定蒙脱石结构,对开发新型蒙脱石材料提供了分子层面的认识.     

渝东南地区下志留统龙马溪组页岩吸附CO_2特征及影响因素分析

通过CO_2等温吸附试验表征龙马溪组页岩吸附CO_2能力,并利用Langmuir模型计算Langmuir体积;运用氩离子抛光扫描电镜、高压压汞试验、低温N2吸附试验和低温CO_2吸附试验测试技术,对龙马溪组页岩孔隙类型、形貌特征、孔径分布及比表面积进行描述,结合有机碳含量(TOC)、矿物成分进行单因素分析及多元回归分析,探讨页岩吸附CO_2影响因素,揭示影响结果和机理。结果表明:页岩中普遍发育微、介孔尺度有机质孔、黏土矿物孔、粒内孔及微裂隙4类孔隙,其中有机质孔占绝对优势,黏土矿物孔局部集中发育;页岩吸附CO_2能力影响因素包括孔隙结构参数和储层基本参数,孔隙结构参数中微、介孔孔体积及比表面积为吸附量主要控制因素,储层基本参数中TOC为主导因素,有明显积极影响;石英和伊利石含量对吸附量有一定积极影响,伊蒙间层含量则不利于吸附进行。研究结果对于CO_2地质封存及驱替页岩CH4有一定的理论意义。     

钠离子在蒙脱石内的水化效应

用密度泛函理论计算研究了钠离子(Na+)在蒙脱石(MMT)内形成的水合离子的基态结构和性质。Na+受到MMT表面的影响,表现出和气相中不同的水化行为。Na+吸附水分子后,与表面的作用被削弱,逐渐被拖离表面。受Na+表面空间限制,多余的水分子之间及与表面之间形成氢键,间接地增强了Na+的水化,使Na+的水化能随水分子增加而振荡地增加。     

氟代六元氮杂环化合物与水分子弱相互作用的理论研究

在密度泛函M062X/aug-cc-PVTZ水平下计算研究氟代吡啶和氟代二嗪(哒嗪、嘧啶和吡嗪)与水分子之间的lp…π和氢键两种弱相互作用.计算得到的复合物相互作用能(IE)值显示,全氟取代是吡啶形成稳定lp…π复合物的前提条件,这与已有的实验结果吻合.四氟吡啶3种同分异构体与水形成的氢键复合物则比lp…π复合物更稳定...     

季铵型稻草木质素的合成及其对\[PdCl4\]2-的吸附性能

为经济高效和无污染提取钯,采用硫酸法从稻草中提取木质素,经3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHMAC)化学改性后合成季铵型稻草木质素,并利用其从溶液中吸附[PdCl_4]~(2-).利用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和差热-热重分析(TG-DSC)对木质素及其衍生物进行表征,同时考察pH值、[PdCl_4]~(2-)初始浓度和吸附时间对季铵型稻草木质素吸附性能的影响,并对[PdCl_4]~(2-)的选择性进行研究.实验结果表明,季铵型稻草木质素为表面多孔且不规则的块状体,在200℃内具有良好的热稳定性,1 469 cm~(-1)处出现季铵离子的弯曲振动特征峰.最佳吸附pH值为2,吸附平衡时间为8 h,在[PdCl_4]~(2-)初始浓度为4 mmol·L~(-1)时,季铵型稻草木质素对[PdCl_4]~(2-)的吸附达到饱和,饱和吸附容量为1.120 mmol·g~(-1),吸附过程遵循准二级动力学方程,吸附等温模型与Freundlich方程拟合较好,表明吸附过程为单分子层非均质化学吸附,盐酸浓度低于1 mol·L~(-1)时,季铵型稻草木质素对[PdCl_4]~(2-)具有良好的选择性.降低盐酸浓度,提高[PdCl_4]~(2-)初始浓度和延长吸附时间均有利于提高季铵型稻草木质素对[PdCl_4]~(2-)的吸附容量和选择性.     

基于热力学分析的MAP法处理模拟氮磷废水研究

磷酸氨镁(MAP)法处理氮磷废水过程中,NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P的去除率无法反映影响MAP法的因素及沉淀物的生成过程。为解决此问题通过单因素实验以及热力学平衡计算的方法,对MAP法处理模拟氮磷废水中的氨氮和磷酸盐的影响因素进行了分析和探讨。研究了初始氨氮浓度、p H值、摩尔比n(Mg)∶n(N)以及摩尔比n(P)∶n(N)条件,对NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P去除率的影响以及不同条件各沉淀组分的变化。结果表明,在p H值为9~9.5,摩尔比n(Mg)∶n(N)∶n(P)为1∶1∶1条件下,MAP法的处理效果最优,NH_4~+-N去除率可达79.35%~93.76%,PO_4~(3-)-P去除率可达86.76%~95.43%,且MAP沉淀物中杂质较少;虽然增大摩尔比n(Mg)∶n(N)或摩尔比n(P)∶n(N)会分别提高PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N去除率,但也会分别使NH_4~+-N和PO_4~(3-)-P残余量增大。