蒙脫石的改性、除砷性能及水化過程的分子模擬.pdf

1、蒙脫石作為一種能夠自然發(fā)生膨脹的粘土礦物，在很多工業(yè)過程發(fā)揮著重要的作用。本文從實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面開展研究，利用分子動力學(xué)方法模擬蒙脫石-離子-水體系的膨脹行為，為進(jìn)一步理解蒙脫石的膨脹性質(zhì)提供了有益的幫助；通過氟處理強(qiáng)化了鈦柱撐蒙脫石的除砷性能，為蒙脫石的廣闊應(yīng)用提供支撐。 第一，在前人模擬的基礎(chǔ)上，本文采用分子動力學(xué)方法(MD)將含有一價/二價混合補(bǔ)償離子的Na/Mg-蒙脫石(將少量Mg2+替代Na基蒙脫石中的Na+作為層間補(bǔ)

2、償陽離子)和Na-蒙脫石的進(jìn)行對比研究，對蒙脫石-離子-水體系進(jìn)行模擬，考察了層間含有不同補(bǔ)償離子的蒙脫石的膨脹性質(zhì)，進(jìn)一步研究了層間物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動行為，并探索了層間Na+和Mg2+形成不同擴(kuò)散行為的原因。模擬結(jié)果表明，在一定水含量范圍內(nèi)Na-蒙脫石和Na/Mg-蒙脫石表現(xiàn)出不同的膨脹形式，特別是在層間水分子數(shù)目在48～72之間時，Na/Mg-蒙脫石的層間距比Na-蒙脫石有較為明顯的增大。Na/Mg-蒙脫石兩層水化物的層間水分子與Mg

3、2+形成了明顯的兩層水合殼；而與Na+只形成了一層平面的水合殼。在Na/Mg-蒙脫石中，Na+和Mg2+的擴(kuò)散方式不同，Na+的擴(kuò)散范圍相對更廣，自擴(kuò)散系數(shù)更大。Na/Mg-蒙脫石比相同的水含量下的Na-蒙脫石層間水的自擴(kuò)散系數(shù)小。由于Mg2+和Na+對層間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響，使Na/Mg-蒙脫石與Na-蒙脫石表現(xiàn)出不同的膨脹性質(zhì)和層間物質(zhì)的不同擴(kuò)散行為，因此，層間陽離子的種類和性質(zhì)使蒙脫石的膨脹性和層間水的結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生了一定的變化。

4、 第二，本文以開發(fā)對水體中微量砷有強(qiáng)吸附能力的材料為出發(fā)點(diǎn)，利用四氯化鈦為前驅(qū)物，成功制備了氟處理鈦柱撐蒙脫石。通過X射線衍射，傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜，差熱與熱重，X射線光電子能譜，透射電子顯微鏡及比表面積、孔隙度分析等手段對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并考察了氟處理鈦柱撐蒙脫石對水體中微量砷酸根的吸附作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同干燥方式和不同氟處理量制備得到的氟處理鈦柱撐蒙脫石對砷吸附效果不同。干燥方式為自然風(fēng)干，氫氟酸處理量為20ml的20HF-Ti