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(dòng)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(dòng)力學(xué)方法(MD)將含有一價(jià)/二價(jià)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(duì)比研究，對(duì)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(dòng)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(shí)，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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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