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...     

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.     

水分子在铵伊利石表面吸附的密度泛函研究

为实现黏土矿物颗粒界面疏水调控进而提高难沉降煤泥水处理效果,研究了水分子在铵伊利石表面的吸附机理.采用密度泛函理论方法对水分子在铵伊利石有晶格取代的(001)面和不存在晶格取代的(001)面上的吸附进行模拟计算.结果表明:水分子在(001)面吸附的最强活性点位于晶格取代原子Al成键的氧原子处,吸附最稳定的水分子垂直于有NH_4~+的硅氧环,并与NH_4~+和活性原子形成共2个氢键作用,吸附能为-0.67eV,且水分子有将NH_4~+拉离(001)面的趋势;水分子在(001)面的最稳定吸附主要是位于硅氧环空穴上方,水分子与表面氧原子形成3个氢键,吸附能为-0.41eV.2种最稳定吸附均存在微弱的静电吸附.选择合适的阳离子型疏水药剂与NH+4发生交换吸附,覆盖(001)面活性点,破坏水分子的稳定吸附,理论上可实现铵伊利石等黏土类矿物颗粒界面的疏水调控.     

利用Fe2+对羟基磷灰石粉末表面改性的研究

因其独特的化学组分和晶体结构,羟基磷灰石(HA)可通过引入金属离子实现表面改性,即将制备的HA粉末放入含有二价铁离子的溶液中,Ca²⁺与具有小离子半径的Fe²⁺完成离子交换.对改性粉末进行表征后发现,HA粉末的表面电势、OH和PO4基团的伸缩振动频率以及(00l)晶面的间距都发生了变化.另外,在含油酸钠的溶液中Fe²⁺改性的HA粉末与阴离子电解质间的化学键合能力大大下降.本研究可模拟人体骨骼和牙齿中的Ca²⁺被体内循环系统中Fe²⁺取代的情况.     

二价铁对厌氧氨氧化的正向调控机理研究

通过探讨不同浓度Fe²⁺的电子穿梭作用对厌氧氨氧化体系氮转化速率的影响规律,解析了该过程厌氧氨氧化代谢产物的分泌特性,并利用电化学特征分析和电子传递活性实验,揭示了Fe²⁺电子穿梭效应强化厌氧氨氧化脱氮的作用机制.结果表明：2 mg/L的Fe²⁺使NH₄⁺-N和NO₂^--N的转化量分别增加51.07%和34.13%,并促进胞外聚合物(EPS)的分泌,使蛋白(PN)和多糖(PS)分泌量从9.76、10.16 mg/gVSS提升至11.55、13.57 mg/g VSS,而PN/PS从0.96降至0.85,表明Fe²⁺有助于增强颗粒污泥的疏水性和稳定性.塔菲尔(Tafel)、循环伏安(CV)、脉冲循环伏安(DPV)曲线分析表明,Fe²⁺可增强反应体系的交换电流密度和电容,促进核黄素、细胞色素c结合物等电活性物质的分泌,以加速电子转移.此外,厌氧氨氧化体系电子传递活性(ETSA)提升了1.25倍,...     

油田配聚污水水质对聚合物溶液黏度的影响及其机理

通过单因子试验,分析了油田配聚污水中Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺以及S^2-单独作用时对水解聚丙烯酰胺(hydrolyzed polyacrylamide, HPAM)黏度的影响。试验结果表明,上述离子均会造成HPAM溶液黏度下降,其中Fe²⁺的影响最为显著,二价阳离子的影响强于一价阳离子。通过红外光谱和扫描电镜试验结果分析,得出Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺对HPAM黏度的影响是由正电荷屏蔽HPAM分子羧酸基上的负电荷,造成聚合物大分子卷曲引起的。Fe²⁺则是由还原性引发自由基链式反应,造成HPAM分子链断裂,从而使HPAM黏度下降。     

Fe/Ni-MOF衍生的Fe3+掺杂NiO丙酮传感器研究

采用水热法制备了球形纳米花状Fe/Ni-MOF,通过煅烧制备其衍生物Fe³⁺掺杂的NiO(标记为Fe-NiO),对系列Fe-NiO进行表征并制备成传感器研究其气敏性能。通过表征和测试发现, Fe³⁺是通过原位合成进入NiO晶格中取代Ni²⁺, Fe³⁺的加入不仅有助于Fe-NiO在高温煅烧后保持更好的形貌,而且能够降低NiO中的载流子浓度增加空气中的电阻,有助于传感器性能的提升。Fe³⁺掺杂量为15%的样品对5×10^-6丙酮具备最佳的传感性能,灵敏度达到327.4%,气敏性能较纯NiO提升了13倍,在150℃的工作温度下具有快的响应速度(7 s),电阻恢复90%需26 s,可在短时间内用于检测丙酮目标气体。Fe-NiO-15%制成的丙酮传感器具有良好的重复性、稳定性,受湿度影响小。     

岩浆过程中铁同位素的地球化学行为

铁同位素在岩浆过程中可以发生明显的分馏。相对于地幔橄榄岩(δ⁵⁶Fe平均值约为0‰),玄武岩略微富集铁的重同位素(δ⁵⁶Fe平均值约为0.1‰)。相对于中基性岩浆岩,酸性岩浆岩更加富集铁的重同位素。岩浆过程中的铁同位素分馏主要受铁的价态或氧逸度所控制。通常岩浆岩中的三价铁矿物(如磁铁矿等)相对于二价铁矿物(如橄榄石、辉石等)富集铁的重同位素。地幔橄榄岩部分熔融过程中,由于Fe³⁺比Fe²⁺更加不相容,熔体比固体相更加富集Fe³⁺,因而部分熔融产物(通常为玄武岩)相对富集铁的重同位素。在结晶分异过程及低氧逸度条件下,橄榄石、辉石等含Fe²⁺的矿物结晶导致熔体更加富集Fe³⁺,熔体铁同位素组成变重;在高氧逸度条件下,磁铁矿等含Fe³⁺的矿物结晶促使熔体更加富集Fe²⁺,熔体铁同位素组成变轻。在流体出溶过程中,出溶的流体相对富集铁的轻同位素,残余的岩浆铁同位素组成变重。现有研究表明,铁同位素在示踪岩浆作用方面具有很大潜力。     

APAM在水/高岭石界面吸附行为的试验和分子模拟研究

微细高岭石对煤泥浮选与煤泥水处理会产生不利影响,为深入了解水溶液中阴离子聚丙烯酰胺（APAM）与高岭石的作用机理,通过APAM在高岭石颗粒上的吸附量及残留量、絮凝沉降后上清液的浊度、絮团的Zeta电位和尺寸分布等分析了APAM对微细高岭石悬浮液的吸附现象和沉降规律,借用数量密度分布、水密度分布和自扩散系数等分子动力学参数计算研究其中的吸附作用和桥连机制．结果表明：除浊效果与APAM的吸附性能和残留量相关,絮团尺寸主要与残留量相关．随着APAM质量浓度的增加,APAM与高岭石表面的吸附能力和非键作用增-强,其以水分子为“纽带”间接吸附在高岭石（001）面,通过氢键直接吸附在高岭石（001）面．APAM与高岭石表面的吸附是形成桥连机制的前提,APAM的扩散范围和扩散速度共同决定桥连机制的强弱,扩散范围对桥连机制的影响效果更大．APAM分子链越多,扩散范围越大,桥连性能越强,有利于絮团的生长变大;APAM过量导致溶液黏度增大,扩散速度降低,桥连机制减弱,阻碍颗粒的沉降．大量水分子与APAM在高岭石表面存在强烈地竞争吸附,阻碍了氢键作用的形成．     

兴安杜鹃花瓣碳点的合成及其对三价铁离子的可视化检测

以兴安杜鹃(Rhododendron dauricum L.)花为碳源,采用一步水热法合成了蓝色荧光水溶性兴安杜鹃花碳点(Rhododendron carbon dots, R -CDs),并通过紫外-可见吸收光谱(UV -vis)、荧光发射光谱(FL)和傅里叶变换-红外光谱(FT -IR)等对其进行了表征.表征显示:合成的R -CDs表面存在氨基、羟基、羰基等官能团; 最大激发波长和发射波长分别为335 nm和414 nm,具有典型的激发波长依赖性; R -CDs的荧光可被Fe³⁺离子有效猝灭,同时可对Fe³⁺离子实现“裸眼”识别.基于R -CDs与Fe³⁺离子的显色反应特性,制备了一种用于快速检测水中Fe³⁺离子的试纸,测试结果显示该试纸对Fe³⁺离子的检测范围为0.5～10 mmol/L,检出限为2.5 nmol,因此本文方法制备的Fe³⁺离子试纸具有较好的应用前景.     

弱磁场-H2O2协同驱动Fe0降解氯霉素废水的研究

采用外加弱磁场与零价铁Fe⁰—H₂O₂构建的类Fenton体系对氯霉素(CAP)废水进行降解研究。首先通过单因素的实验确定最佳反应条件：CAP初始浓度10 mg/L,反应时间为210 min, Fe⁰粒径100目,Fe⁰投加量2.0 g, pH为3.0,外加磁场最佳为10.0 mT,H₂O₂的添加量为1.0 mL,搅拌速度为200 r/min。在此最佳条件下CAP降解率最高可达到86.3%。同时,在对该体系的机理研究中发现：弱磁场可有效促进Fe⁰—H₂O₂对CAP的降解,其降解机理可归因于磁效应、Fe⁰作用机理以及Fe⁰/Fe²⁺—H₂O₂构建的类Fenton反应的协同效应,该研究可以为CAP的去除及Fe⁰的应用提供新的技术与方法。     

木质素基N,S-CQDs的制备及其在Fe3+检测中的应用

以木质素磺酸钠为碳源和硫源,低共熔溶剂(DES)为氮源和反应溶剂制备了一种氮、硫双掺杂的碳量子点(N,S-CQDs)。制备的N,S-CQDs的粒径分布均匀,平均粒径为4.95 nm,量子产率达到了35.7%,量子产率大幅提升。制备的N,S-CQDs对Fe³⁺具有优异的敏感性,可用于Fe³⁺的定量检测,检测限为0.25μmol·L^-1,检测范围是0～200μmol·L^-1。     

氮硫掺杂碳量子点荧光探针检测Fe3+和Hg2+

为了实现水溶液中Fe³⁺和Hg²⁺的快速简捷检测,以柠檬酸和硫脲为前驱体,采用一步水热法合成硫、氮共掺杂碳量子点荧光探针。通过透射电镜、傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、荧光分光光度计和紫外-可见吸收光谱分析合成碳点的形貌特征及荧光性能。结果表明：N—S—CDs的平均粒径为8 nm,分布均匀;表面富有各种官能团,具有良好的水溶性;在紫外灯照射下发出强烈的蓝色荧光,荧光量子产率高达36.8%;随激发波长增大,N—S—CDs发射峰荧光强度先增大后减小,在440 nm处荧光强度达到最高,并且其发射峰随着激发波长发生明显红移。N—S—CDs对Fe³⁺和Hg ²⁺具有较高选择性;Fe³⁺浓度在40～130μmol/L,Hg ²⁺浓度40～80μmol/L,荧光强度与2种离子呈良好线性关系,线性回归方程分别为F₀/F=0.021 32c_(Fe³⁺)+0.349 45和F₀/F=0.186 11c_(H...     

AOPAN/PU中空纤维膜的制备及微量金属离子吸附性能

采用湿法纺丝制备聚丙烯腈/聚氨酯(PAN/PU)中空纤维膜,通过化学改性制备胺肟化聚丙烯腈/聚氨酯(AOPAN/PU)中空纤维膜,研究中空纤维膜亲水性变化和金属离子吸附性能。通过扫描电镜,红外光谱对中空纤维膜进行表征,并测定中空纤维膜亲水性能。研究表明,改性后制备的AOPAN/PU中空纤维膜亲水性能得到较大改善,同时中空纤维膜能高效吸附金属离子,在对10 mg/L的Cu²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺混合金属溶液3次吸附循环测试后发现,滤液中三种剩余金属离子浓度达到生活饮用水卫生标准。     

Er2O3和La2O3含量对掺Er溶胶-凝胶石英玻璃光谱性能的影响研究

采用溶胶-凝胶法结合高温烧结制备了掺杂不同Er³⁺离子摩尔分数的石英玻璃和0.5%Er₂O₃和不同La³⁺离子摩尔分数共掺杂的石英玻璃。通过1.5μm的荧光光谱发现,Er/Al共掺杂石英玻璃的最佳Er₂O₃掺杂摩尔分数为0.5%。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究了Al³⁺、La³⁺和Er³⁺共掺杂石英玻璃的结构,并通过吸收光谱和荧光光谱分析了其光谱特性。结果表明,La₂O₃可以解聚玻璃网络,从而起到网络改性剂的作用。利用Er³⁺掺杂玻璃的吸收光谱计算出了Judd-Ofelt参数,进而预测了La₂O₃含量的影响。随着La³⁺离子掺杂量的增加,样品的荧光强度、荧光寿命和σ_ems×τ_f增加。这些结果表明,La/Al/E...     

零价铁/阳离子表面活性剂/生物炭对水体Cr(VI)的吸附研究

以常见柳条为生物炭原料,通过十六烷基三甲基氯化铵（CTMAC）进行阳离子表面活化,与零价铁、海藻酸钠混合制备了零价铁/阳离子表面活性剂/生物炭（Fe⁰?MBC）凝胶微球,探讨了其对水体Cr（VI）的吸附能力。借助XRF、FTIR、XRD以及Zeta电位等分析手段,对Fe⁰?MBC凝胶微球的结构与性能进行研究。通过分析反应时间、环境温度及pH对吸附的影响,在吸附动力学、等温线模型的基础上,初步探讨了吸附机制。通过吸附?解析循环实验,研究了Fe⁰?MBC凝胶微球的再生性能。结果表明,Fe⁰?MBC凝胶微球对Cr(VI)的吸附与准一级动力学和Langmuir等温吸附模型拟合度较高;Cr初始质量浓度100 mg/L、负载质量分数分别为5%和10%的零价铁的CTMAC活化生物炭对Cr（VI）的去除率在2 h时分别为89%、97%,最大饱和吸附量分别为33.777 9、42.562 0 mg/g;Fe⁰?MBC凝胶微球作为一种成本低、效率高的环境功能材料,对去除废水中的Cr(VI)具有良好的应用前景。     

Mg2+掺杂对富锂层状氧化物材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2的影响

Mg²⁺作为一种电化学惰性的阳离子,由于其离子半径(0.072 nm)与Li⁺的离子半径(0.076 nm)相近,因此被广泛应用于取代富锂层状氧化物(LLOs)材料中Li⁺的位置。然而,Mg²⁺对LLOs材料晶体结构的影响还存在争议。利用溶胶凝胶法成功制备了一系列Mg²⁺掺杂富锂正极材料Li_1.2-xMg_xMn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,通过X射线衍射仪和X射线光电子能谱等对其晶体结构和元素价态进行了系统的研究。结果表明,Mg²⁺掺杂导致LLOs材料晶胞参数的增加。通过与Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂材料的电化学性能对比发现,Mg²⁺掺杂有效地提高了LLOs材料的电化...     

聚乙烯醇-聚丙烯酰胺互穿网络水凝胶的制备及吸附性能

采用聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)为原料,戊二醛(glutaraldehyde)为交联剂,制备了一种互穿网络(IPN)水凝胶。用傅立叶红外光谱仪对其结构进行表征,研究了PVA和PAM按不同配比及交联剂的不同用量制备的IPN水凝胶的吸水性和Cu²⁺的吸附性,主要探讨了吸附时间、pH、吸附温度等对吸附Cu²⁺的影响,分析了吸附行为及其动力学特性,并对其吸附机理做出了初步探讨。结果表明：在本实验研究范围内,30wt.% PAM含量的PVA-PAM IPN水凝胶在pH=5时对Cu²⁺的吸附效果最佳;在一定温度范围内,PVA-PAM IPN水凝胶对Cu²⁺的平衡吸附量随温度升高而增大;吸附行为符合准一级和准二级动力学方程,扩散机制为颗粒内扩散和膜扩散双重作用。     

α-Fe2O3(001)及其掺杂表面吸附As2O3机制的密度泛函理论

为提高催化剂抗砷能力,采用密度泛函理论（DFT）方法研究As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面的吸附行为以及掺杂Mo、Mn、Ni对α-Fe₂O₃（001）表面As₂O₃吸附行为的影响。建立As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面吸附模型和Mo、Mn、Ni掺杂的吸附模型,计算As₂O₃在催化剂表面的吸附能,分析成键态密度以及掺杂前后的As₂O₃在α-Fe₂O₃（001）表面的电荷布局。结果表明：这4种体系均发生电子转移,Mo掺杂活化了As₂O₃分子,使得As₂O₃倾向于吸附在Mo活性位点上,保护了Fe活性位点,...     

S、P、Si掺杂对钒钛催化剂活性物种状态调控及脱硝性能影响

依次采用溶胶?凝胶法和浸渍法制备了一系列S、P、Si掺杂的TiO₂载体和相应的VO_x/TiO₂催化剂,以提高催化剂的SCR性能。其中,S掺杂的VO_x/TiO₂催化剂具有最佳的中低温SCR性能和最宽的工作温度窗口。根据各种表征分析结果可知,掺杂元素通过促进VO_x团聚生成具有较高的SCR反应活性的聚合态VO_x;而S⁴⁺和Si⁴⁺取代TiO₂中的Ti⁴⁺生成了Ti-O-S和Ti-O-Si键,这使催化剂中产生了更多的低价态V(V⁴⁺+V³⁺)和表面化学吸附氧。两者协同作用可促进NO氧化生成NO₂,产生的NO₂可通过加速VO_x物种在Redox过程中的重氧化来参与快速SCR反应,进而提升VO_x/TiO₂催化剂的中低温脱硝性能。由于P掺杂的VO_x/TiO₂催化剂中产生了较多的磷酸盐,从而导致其氧化还原性能和中低温活性相对较低。S、P、Si掺杂虽然对催化剂的酸性性能产生了显著的影响,但这并不是影响催化剂SCR活性的决定性因素。