分子动力学模拟中的钠基蒙脱石尺寸参数选取及其影响

蒙脱石作为主要的亲水性黏土矿物,因其特殊性质对岩土体工程性质有重要影响.分子动力学模拟为深入探究蒙脱石特性提供了有效手段,而分子模型的尺寸直接影响其模拟结果.基于LAMMPS软件及Paracloud超算云平台,从蒙脱石晶胞的力学特征的角度,通过分子动力学模拟研究了不同尺寸效应对蒙脱石性质的影响规律.研究结果表明:当晶胞形态不变时,蒙脱石晶胞的体积模量、剪切模量及弹性模量都在扩大2倍时达到最小值;当扩胞倍数相同时,蒙脱石晶胞在晶体延伸方向上的扩展尺寸对其力学性质影响较大,而在晶体堆叠方向上的扩展尺寸影响较小;蒙脱石的剪切模量、泊松比、弹性模量等受晶胞尺寸的影响较大,而体积模量则受晶胞形态的影响较大.     

Ca2+引入方式及用量对蒙脱石的膨胀容及阳离子交换量的影响

探讨了Ca(OH)3,CaCl2掺入量对蒙脱石的膨胀容及阳离子交换量的影响,并对改性前后蒙脱石的显微结构进行了分析.研究结果表明,不论是普通蒙脱石还是钠基蒙脱石,经Ca2 处理后二者的膨胀容均有所下降,但改性普通蒙脱石下降的幅度要大于改性钠基蒙脱石的.随着Ca(OH)2,CaCl2掺入量的增加,膨胀容减小.当掺人8%(wt)CaCl2时,蒙脱石的膨胀容较小、交换性钙较低、结构紧密.     

钠基蒙脱石预处理

钠基蒙脱石柱撑前向其悬浮液中加入六偏磷酸钠[Na6(PO3)6]作为分散剂,结果柱撑蒙脱石对SO2-4离子的吸附量比未加六偏磷酸钠时增大.     

雪硅钙石族矿物在我国的发现及其研究

雪硅钙石(Tobermorite或Crestmorite)最早由Heddle(1880)发现于苏格兰Tobermory地方因而得名。J.D.C.McConnell(1954),H.D.Megaw(1956)等根据化学成分、晶胞大小对其晶体结构提出臆测,可能属D_2~5-C222_1空间群,a 11.3,b 7.33,c 22.6,Z=4,斜方晶胞,为层链状结构。结构式为Ca_5Si_6O_(16)(OH)_2·4H_2O。S.A.Hamid(1981)测定的亚晶胞a′5.586,b′3.696,c22.779,Z=2,结构式为Ca_(2.25)[Si_3O_(7.5)(OH)_(1.5)]·H_2O,空间群为Imm2,并认为可能的有序结构是单斜的,空间群为P2_1,a_m 6.69,b_m 7.39,C_m 22.779,γ123°49′,结构中有Si_3(O/OH)_9的链平行于b轴,Ca的配位数为7。     

水环境下蒙脱石层间CH_4吸附行为的分子模拟研究

选取钠蒙脱石作为研究对象,通过分子模拟的方式来研究蒙脱石层间水对CH_4吸附的影响。首先,构建钠蒙脱石层间结构模型,采用分子力学方法对模型进行优化,然后对优化后的结构模型使用巨正则系综蒙特卡罗方法(GCMC)进行吸附模拟,将吸附模拟得到的模型结构进行分子动力学模拟。研究表明,当温度一定时,随着层间水含量的增加,CH_4的吸附量逐渐减小。钠蒙脱石层间水和CH_4存在竞争吸附。H_2O与钠蒙脱石层间结构容易形成氢键,故钠蒙脱石优先吸附H_2O。     

陶瓷微滤膜过滤亚微米级悬浮液的研究

文章采用陶瓷微滤膜新技术 ,分离微米、亚微米级 Al(OH) 3和 Zr(OH) 4 悬浮液 ,实验结果表明其固液分离效率与操作性能均明显优于目前工业生产上普遍使用的各种传统分离技术 ,为陶瓷微滤膜在化学液相反应制备超细陶瓷微粉生产工艺的推广应用提供了科学依据。     

镍取代云母蒙脱石的合成及其催化活性

研究了晶化时间、晶化温度等条件对合成镍取代云母-蒙脱石(NiSMM)的影响。考察了不同镍含量的NiSMM的组成、晶胞平均化学式及其对正辛烷异构化的催化活性。结果表明,在250℃晶化20小时能得到结晶良好的NiSMM。随着镍含量的增加,NiSMM逐渐由二八面体式变化为三八面体式。以含NiO 30%(wt)(即每个晶胞中含4～5个镍离子)的NiSMM为载体的催化剂对正辛烷异构化具有较好的催化性能。     

Fe/Zr柱撑蒙脱石制备方法及其层间结构特征对比研究

用两种不同的方法制备聚合羟基Fe/Zr柱撑蒙脱石,一是(a组)先将钙基蒙脱石用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)有机改性得到有机柱撑蒙脱石,然后用不同摩尔比的聚合羟基Fe/Zr阳离子进行柱撑反应,制得Fe/ZrCTAB柱撑蒙脱石;二是(b组)先将钙基蒙脱石钠化再制备Fe/Zr柱撑蒙脱石的方法。将制得的柱撑蒙脱石在500℃下焙烧4h,并利用X射线衍射分析﹑热重及傅里叶红外光谱分析、N2吸附测比表面积,研究合成产物的层间结构特性。结果表明:钠化的蒙脱石和有机改性的蒙脱石制得的聚合羟基柱撑蒙脱石具有明显不同的特性,用CTAB改性的蒙脱石制备的柱撑蒙脱石的聚合羟基金属阳离子柱撑均匀,层间结构均一,且经过焙烧的柱撑蒙脱石都具备较好的稳定性;由钠化的蒙脱石制得的聚合羟基柱撑蒙脱石的层间距较大,具有丰富的层状纳米结构和高比表面积。     

Ptn石墨烯体系氧还原反应的第一性原理计算

通过构建单层六方石墨烯(单空位)超晶胞结构, 用基于密度泛函理论的第一性原理研究Pt 石墨烯体系中反应前O₂的吸附(脱附)势 垒及反应过程中H₂O分子和OH的脱附势垒, 并研究Pt团簇石墨烯体系中（Pt₂石墨烯和Pt₄石墨烯）氧还原反应(ORR)的中间产物及其吸附能的变化过程, 给出ORR的最优路径.     

均匀纺锤形α-FeO(OH)微晶形成过程的动力学研究

对用Na_2CO_3作沉淀剂,在FeSO_4水溶液中形成的Fe(OH)_2和FeCO_3的悬浮液中鼓入空气,制备均匀纺锤形α-FeO(OH)微晶的动力学过程进行了研究。证明α-FeO(OH)微晶形成经过了晶核的形成过程和晶核的长大过程。考察了原料起始浓度、反应温度、空气流量对微晶形成过程的影响,文中首次提出利用α-FeO(OH)相形成过成的Avrami数n值来控制α-FeO(OH)微晶轴比大小的方祛,并使用似稳定浓度法确定了晶核长大过程氧化反应的速率方程。     

钙基蒙脱石对氟离子吸附及解吸实验

一般根据研究认为粘土中的氟以可交换态的形式存在,对环境中氟的迁移具有重要意义,可用1M MgCl2进行提取,但其有效性却未进行验证.在不同初始pH和初始质量浓度条件下,但用钙基蒙脱石进行氟吸附.实验表明:钙基蒙脱石对氟的吸附与初始pH呈负相关关系,而与溶液初始质量浓度呈正相关关系.同时用MgCl2对粘土吸附的氟进行解吸,其解吸率在0%～30%之间,低初始氟质量浓度(<20 mg/L)时氟主要交换蒙脱石中的OH2基团,中初始氟质量浓度(20 mg/L~100 mg/L)时氟主要交换蒙脱石中的OH基团而与Al结合,高初始氟质量浓度(>100mg/L)时氟主要是与层间Ca结合,由于Al结合态氟稳定性最强,导致用1M MgCl2解吸粘土吸附的氟时中等初始质量浓度氟的解吸率最低.     

十二烷基三甲基氯化铵与四甲基氯化铵改性钠基蒙脱石的性质研究

利用十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)和四甲基氯化铵(TTAC)分别对钠基蒙脱石(Na-MMT)进行有机改性,合成了DTA-MMT和TTA-MMT两种蒙脱石复合材料.采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)等实验表征技术,以及蒙特卡洛(MC)模拟理论计算手段,对两种改性蒙脱石体系进行比较研究,探索了季铵盐添加量以及季铵盐烷基链长的变化对改性蒙脱石的片层空间结构与热力学性质的影响.研究表明,改性后的两种蒙脱石层间距均有一定程度的增大,当插层量增大时,具有长链烷基季铵盐的DTA-MMT体系对蒙脱石片层空间的撑大作用明显好于TTA-MMT体系;与自由相的季铵盐相比,插层季铵盐热分解温度显著提高,表明改性蒙脱石有利于其热稳定性的提升;此外,蒙特卡洛模拟得到的蒙脱石层间距数值与实验XRD表征结果具有很好的一致性,为进一步合理解释TGA与XRD等实验表征结果奠定了基础.     

PVA/MMT纳米复合材料的制备与表征

将聚乙烯醇插入钠基蒙脱石的层片之间,制备出聚乙烯醇/蒙脱石复合材料.考察了钠基蒙脱石的加入量对复合材料力学性能的影响;用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对复合材料进行了结构和性能的表征.XRD结果表明:蒙脱石的d(001)值由1.26nm增加到2.56nm及2.77nm,聚乙烯醇分子成功插入到蒙脱石片层之间,形成插层-剥离型纳米复合材料.SEM显示,蒙脱石片均匀分布于聚乙烯醇中,耐热性能明显提高.力学性能测试结果表明:蒙脱石的加入有利于材料力学性能的提高,当蒙脱石质量分数为7%时,其抗拉强度为88.03MPa,比纯PVA薄膜提高103.73%.     

精氨酸改性蒙脱石的制备及其吸附性能

用精氨酸对蒙脱石进行改性,对改性后的蒙脱石进行X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和热重(TGA)等分析表征,找到具有最优配比的精氨酸改性蒙脱石,将其负载5-氟尿嘧啶.结果表明:精氨酸确实插层进入钠基蒙脱石的层间,精氨酸改性蒙脱石的有机化程度最高可达到30.17%,且其对5-氟尿嘧啶的吸附率可达34.98%.     

蒙脱石对水溶液中甘氨酸的吸附特性及机理

研究蒙脱石对不同浓度甘氨酸在水溶液中的吸附特性及机理。采用X线衍射(XRD)、全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和等离子体发射光谱(ICP-AES)等手段对吸附样品进行性质表征。研究结果表明:蒙脱石平衡吸附量随甘氨酸浓度升高而增加,在甘氨酸浓度为0.01~0.20 mol/L范围内,蒙脱石吸附甘氨酸符合Freundlich等温吸附模型。蒙脱石层间阳离子解吸总量小于其对甘氨酸的平衡吸附量,且蒙脱石d(001)由1.528 nm减小到1.446 nm,揭示蒙脱石吸附甘氨酸是通过层间阳离子交换机制,但阳离子交换非惟一方式。蒙脱石吸附甘氨酸存在阳离子交换和端面吸附2种机制:通过COO-与蒙脱石端面正电基团间的静电作用力吸附甘氨酸两性离子;通过NH3+与蒙脱石层间基面氧原子形成氢键吸附甘氨酸正离子。     

蒙脱石-铁(Ⅲ)催化剂的研究

制备了蒙脱石-铁(Ⅲ)催化剂.通过X射线衍射、电子显微镜 等研究了催化剂的 结构性质.在蒙脱石-铁(Ⅲ)催化剂中Fe(Ⅲ)存在于层间,蒙脱石结构没有根本变化.催化剂 中石英含量约为22%～24%.EC1,EC2中蒙脱结构缺陷较EC4,EC5和EC6少.EC4, EC5和EC6做催化剂时使反应物转化率高、速度快,与反应液分离简单,可重复使用.     

Mg(OH)_2、MgO对凹凸棒石悬浮液流变性的影响

:凹凸棒石粘土悬浮液具有“柴垛”式架状结构,体现屈服假塑性流体特征,符合Casson模型,并具有较好的触变性。颗粒细小并带正电荷的Mg(OH)2和MgO,能显著提高凹土悬浮液的屈服应力、粘度和触变性     

蒙脱石层间阳离子对其结构与性质影响的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究层间碱金属(Li~+,Na~+,K~+)和碱土金属(Mg~(2+),Ca~(2+),Ba~(2+))阳离子变化对蒙脱石晶体结构、电学性质和光学性质的影响.研究发现:这种影响不仅与层间阳离子的大小有关,还受层间阳离子价态的影响.层间阳离子的引入对蒙脱石的晶格角度影响较小,而对蒙脱石的晶格矢量c影响较大.随着层间阳离子半径增大,蒙脱石层间距随之增大;对于同价态的层间阳离子,随着层间阳离子半径增大,蒙脱石的四面体层变厚、而八面体层变薄.此外,层间阳离子对于蒙脱石电学性质和光学性质的影响主要由其价态决定,当层间阳离子价态越高时,蒙脱石的绝缘性越差,同时其对可见光越敏感.     

蒙脱石层间阳离子交换的分子模拟

蒙脱石是地表最为常见的一种粘土矿物,层间阳离子交换是蒙脱石矿物的基本属性之一,并因此而成为被广泛应用的矿物材料.通过研究钠基蒙脱石(两层水状态)的阳离子交换特征,在分子层次上探究了K~+,Mg~(2+),Ca~(2+),Ba~(2+)从环境溶液进入蒙脱石层间并与Na~+离子的交换行为.模拟结果显示不同离子交换量顺序为:Ba~(2+)Ca~(2+)K+Mg~(2+),即水化能力弱的阳离子更容易和层间Na+离子发生交换;离子的水化能力还与其在蒙脱石层间的空间分布密切相关,水化能力最强的Mg~(2+)离子远离蒙脱石表面而倾向于出现在层间区域的中间,Ca~(2+)与Ba~(2+)离子则部分出现在结构层表面四面体取代位置;K~+离子的分布具有特殊性,被紧缚在硅氧烷六元环中央空穴处.阳离子进入蒙脱石层间是自由能下降的过程,进入层间的阳离子活动性远低于孔隙流体中的离子,其中Ba~(2+)离子的自扩散系数最低.本文在原子层次上揭示的蒙脱石阳离子交换动力学过程有助于加深对粘土矿物-流体相互作用机制的理解.     

超声化学法快速合成BaTiO3纳米粉体

以Ba(OH)2和Ti(OC4H9)4作为Ba源和Ti源,利用超声化学法合成结晶良好的BaTiO3纳米粉体。用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和Zeta电位/粒度分析仪考察V(C2H5OH)∶V(H2O)和反应时间对合成产物的物相、形貌和粒度分布的影响。结果表明:乙醇的加入对规则球形纳米BaTiO3颗粒的形成有积极的作用。当V(C2H5OH)∶V(H2O)为3∶1,超声反应20 min即可得到一次颗粒尺寸约为35 nm的立方相球形BaTiO3粉体。