循环冷却水中ATMP与方解石表面相互作用的机制

利用临界pH法,研究循环冷却水中氨基三亚甲基膦酸(ATMP)对CaCO3结晶介稳区增加宽度的影响;用分子模拟研究ATMP在方解石晶面5个生长面(110)、(104)、(102)、(113)和(202)上的优先吸附位点,利用蒙特卡罗方法计算ATMP与方解石不同晶面相互作用的结合能。结果表明:ATMP与方解石晶面上的结合能由大到小顺序为E b(110)E b(113)E b(102)E b(104)E b(202);ATMP低浓度时,各晶面的吸附阻垢作用基本相当,ATMP高浓度时,(102)、(202)晶面对吸附阻垢效果的贡献较大;结合能与在相应晶面上作用后ATMP构型量化参数(能隙ΔE、偶极矩μ和范德华表面体积V VDW)的关系为E b=1.207-0.226ΔE-0.638μ-0.574V VDW(R2=0.995)。     

碳酸钙水溶液结晶的MD模拟

研究了温度对碳酸钙水溶液中Ca2+和CO2-3结晶的影响,应用分子动力学(MD)方法模拟了在不同温度下由方解石110晶面和300个水分子、2个Ca2+及2个CO2-3组成的水溶液系统,计算了温度为283 K～373 K的水溶液中水分子、Ca2+和CO2-3的扩散系数以及两种离子与表面的结合能.通过水分子和Ca2+及CO2-3的扩散系数的计算证明在温度为353 K时水溶液中离子最容易反应形成离子对,进而长成微晶,而在343 K时离子最不易结晶.通过结合能的计算,可以看出在313 K时离子与表面的结合能最大,此时离子最容易被晶体表面吸附而在表面上形成新的结晶,而在373 K时结合能最小.     

CO在Pd低指数晶面吸附的DFT分析

采用密度泛函理论(DFT)中B3LYP计算方法对CO在Pd(100)、Pd(110)和Pd(111)3个低指数晶面上的3种不同的吸附模式(顶位吸附、空位吸附和桥位吸附)进行了探讨,从CO在3个晶面吸附的结合能、几何结构、集居数以及净电荷分析得到:CO与Pd面均形成强的σ-π键;CO在3个晶面上均倾向于桥位吸附,在Pd(111)晶面上中毒最深.对CO在3个晶面上吸附的结合能和活化程度进行了比较,发现CO在3个晶面的中毒应按以下顺序减弱:Pd(111)》Pd(100)》Pd(110);空位吸附时的活化程度最高,桥位吸附时的活化程度最低.     

Mg2+/Ca2+与DNA碱基和水相互作用的量子化学研究

采用高水平量子化学方法,MP2/6-311G(d,p),对气相中的Mg2+/Ca2+与DNA碱基和水的相互作用进行了研究,优化base-M-(H2O)n(M=Mg2+/Ca2+,n=1~2)的几何结构,计算其结合能和电荷分布等性质.结果表明,Mg2+与配体碱基及水的距离要比Ca2+与其配体距离更近,Mg2+与其配体的平均距离要比Ca2+小0.03nm左右.Mg2+与其配体的结合能要比Ca2+的大60~70kcal/mol左右,随着水数目的增加,离子与配体的结合能力逐渐减弱,Mg2+/Ca2+到水和碱基的平均距离越来越大,但变化幅度较小.金属离子的电荷主要转移到水中.     

油、水、活性剂混合体系在方解石表面吸附的微观机理

构建了石油(辛烷)-水-活性剂混合体系与岩石(方解石(110)晶面)构成的界面超分子结构模型,采用分子动力学方法研究了鼠李糖脂、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠活性剂对石油分子界面吸附行为的影响.结果表明:3种活性剂分子均可降低石油分子在岩石表面的结合能而起到驱油作用;鼠李糖脂可使岩石表面由亲油向亲水转变,具有润湿性反转作用.     

影响方解石去除水体中高浓度磷酸盐的因素

通过探讨方解石去除水体中高浓度磷酸盐的影响因素,为能够有效地对工业废水中磷酸盐污染物进行深度处理提供理论基础。研究了典型pH值条件下以及水体中可能存在的其他离子对方解石去除磷效率的影响。结果表明,pH值显著影响方解石对高浓度磷的去除,当pH=6.0时,方解石溶解游离出的Ca2+与水体中的H2PO4-形成磷酸钙的沉淀,同时溶液中的其他离子(例如Mg2+,SO42-,NH4+和草酸)对方解石去除磷起到抑制作用。当pH=10.0时,方解石对磷的去除主要以吸附过程为主,溶液中的Mg2+对方解石去除磷有促进作用,NH4+与草酸都对其有抑制作用,而SO42-的影响作用不明显。当Mg2+和NH4+共存时,通过生成磷酸铵镁沉淀物与方解石共同去除水体中的磷。     

CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应对方解石溶蚀的影响

为探究不同温度下CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应对方解石的影响以及方解石解理面的溶蚀过程,以方解石为研究对象,在静态条件下开展乙酸溶蚀方解石实验,利用Gaussian模拟软件从量子化学的角度计算络合反应的结合能,并结合SEM等表征手段,分析结合能与溶蚀量之间的关系,观测解理面上次生孔—带—锥的演化过程。结果表明:100℃时,CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应最强,与溶液中离子的自由扩散以及氢质子的交换作用相结合,使得乙酸对方解石的溶蚀最为剧烈;温度升高或降低,络合反应的结合能均呈现不同程度的减小,络合效应被削弱,使得方解石的溶蚀量减少;晶体解理面上的CO_3~(2-)与Ca~(2+)在不同方向上的排列方式存在差异,造成活性位点沿各个方向的溶解速率不同,导致溶蚀晶锥的形成;晶锥只是方解石溶蚀过程中的一种阶段性产物,随着反应的进行,其规模会逐渐变小甚至消失直至裸露出下方新的晶面。     

氢在镍晶面上的吸附态研究

应用EHMO法研究镍上吸附氢的各种可能吸附态.结果表明,晶面上吸附氢原子(H~*)的势能变化均呈Morse函数形式,而由结合能计算值确定的相对有利吸附位,优先吸附面以及吸附热和扩散活化能等方面大体均能说明多数实验事实.     

铁基换热面CaCO3析晶污垢结合力分子动力学模拟

为了研究腐蚀产物Fe2O3在污垢与换热表面相互作用时的作用机理,采用分子动力学(MD)方法模拟了Fe和Fe2O3吸附方解石(1-10)晶面的体系,并且对2个体系进行吸附过程的平衡处理,通过计算2个体系吸附后的各种能量推导出吸附结构中结合能的大小,将Fe和Fe2O3吸附方解石(1-10)的2个体系的结合能进行了比较。计算结果表明:Fe2O3吸附方解石(1-10)晶面的结合能要比Fe吸附方解石(1-10)晶面的结合能高,同时,径向分布函数的计算也进一步证明了该结果。该理论计算得出,Fe的腐蚀产物Fe2O3吸附的污垢比Fe吸附的污垢更难以清理。     

M（CH3 OH）1~4（M=Be2+/Mg2+/Ca2+）团簇的量子化学研究

应用量子化学方法 B3LYP/6-311+G(d,p),对气相团簇M(CH3OH)1~4(M=Be2+/Mg2+/Ca2+)的结构、能量进行计算,采用HF/STO-3G方法对电荷分布进行研究.结果表明,甲醇分子通过O原子配位于金属离子形成最稳定结构,金属与CH3OH中的O的距离由大到小为RCa-ORMg-ORBe-O,而结合能由大到小依次为Be2+Mg2+Ca2+.随着甲醇分子数n的增加,金属离子与O的距离RM-O逐渐增大,总结合能逐渐增大,连续结合能逐渐减小,金属离子所带的正电荷在逐渐减小,对于相同配位数n,Be2+的电荷转移量最大,Ca2+的电荷转移量最小;甲醇分子中各原子所得正电荷的大小顺序为H(-HO)H(-H3C)CO.     

矿渣胶凝材料固结尾砂的微观实验

用X射线衍射、扫描电镜和热重!差示扫描量热方法表征了矿渣胶凝材料的水化产物和微观结构,研究了矿渣胶凝材料对尾砂固结过程的影响.微观实验结果表明:矿渣胶凝材料的水化产物主要为水化硅酸钙凝胶(C—S—H)、钙矾石(AFt)及少量的帕水钙石(Ca2Al4Si4O15(OH)2.4H2O)和沸石类矿物,随着养护时间的延长,矿渣胶凝材料在水化过程中发生晶体结构重组和重排;尾砂中的方英石、云母和碳酸盐类矿物(方解石、白云石等)是尾砂固结过程中的活性成分,能生成其他晶体矿物和胶凝状矿物,这是导致固结体微观结构不同的主要原因.     

镁的引入对微生物加固砂土试验影响

微生物沉积碳酸盐技术（MICP）是土木工程领域中一种新型的地基处理技术,该技术主要通过微生物诱导产生的碳酸盐沉淀胶结砂土颗粒,从而提高其力学性能。目前,MICP加固过程中Ca2+作为生成CaCO3沉淀的主要来源,但是对其他金属离子和矿化产物以及矿化产物之间结合作用的相关研究较少。本文选取了6种不同的Mg2+/Ca2+摩尔比工况,通过碳酸盐沉淀试验和无侧限抗压强度试验,分析了MICP技术处理砂土影响的效果。利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪,初步探讨了微生物固化砂土的机理。结果表明,随着Mg2+/Ca2+摩尔比的增加,固化后砂样的碳酸盐含量降低;较低Mg2+/Ca2+的摩尔比提高了其无侧限抗压强度;在Mg2+/Ca2+=0.1/0.4时,砂样的强度获得最大值;但较高Mg2+/Ca2+的摩尔比抑制了碳酸盐的析出,降低了其强度;随着镁/钙摩尔比的增大,矿物成分含有方解石、球霰石和镁方解石等各种混合物,矿物成分发生了变化。     

Speleothem Mg,Sr and Ba records during the MIS 5c-d,and implications for paleoclimate change in NE Sichuan,Central China

Trace metals of Mg, Sr and Ba in a stalagmite (SZ2) collected from Suozi Cave in NE Sichuan, Central China, were analyzed with ICP-AES. The stalagmite was dated to have developed between 120 and 103 ka BP. Results indicate that the Mg/Ca, Sr/Ca and Ba/Ca ratios of SZ2 varied between (9500-14700) 10 6 , (54-123) 10 6 and (31-82) 10 6 , respectively. The three records displayed significant millennial scale variations, which correlate with changes in past climate and environment. Lower values of Mg/Ca ratios and higher values of Sr/Ca and Ba/Ca ratios of SZ2 occurred during relatively cold-dry marine isotope stage (MIS) 5d, while the opposite trend was observed during relatively warm-humid MIS 5c. Trace metals in speleothems can be affected by distribution coefficients or trace metal concentrations in solutions from which speleothems precipitate. Temperature is suggested to be the dominant controller of Mg/Ca ratios in SZ2, whereas the Sr/Ca and Ba/Ca ratios may have been influenced by surface soil and atmospheric dust activities and prior calcite precipitation in Suozi Cave. Further investigations are warranted as to whether Sr/Ca and Ba/Ca ratios were affected by temperature and growth rate of the speleothem. The shifts of Mg/Ca, Sr/Ca and Ba/Ca records in SZ2 during the transition from MIS 5d to 5c apparently were earlier than the oxygen isotope record ( 18 O) of the same stalagmite. This possibly indicates (1) that atmospheric dust activity (the mechanism affecting SZ2 Sr/Ca and Ba/Ca ratios) is closely related to temperature, and (2) that temperature changes (dominated by solar insolation) precedes change in speleothem 18 O records which are controlled by both summer monsoons and winter temperatures.     

花状五水合碳酸镁的制备及形成机理研究

以菱镁矿为原料,磷酸二氢钾为添加剂,通过水溶液法合成了花状五水合碳酸镁,利用扫描电子显微镜、X射线衍射和FT-IR对晶体的微观形貌、晶相组成进行了分析,探讨了热解时间对晶体形貌的影响,分析了其形成机理,研究了五水合碳酸镁的晶体结构.结果表明,热解时间为30min时,可获得长15~30μm,宽100~500nm的花状五水合碳酸镁.五水合碳酸镁晶体中Mg2+呈两种不同的八面体配位,分别构成水合络阳离子Mg(H2O)2+6和络阴离子〔Mg(H2O)4(CO2-3)2〕2-,其化学式为Mg(H2O)6·Mg(H2O)4(CO2-3)2.磷酸二氢钾在五水合碳酸镁表面的吸附作用,改变了各晶面的表面能和生长速度,促使其异质成核并逐渐叠合形成花状体.     

Past temperature and delta18O of surface ocean waters inferred from foraminiferal Mg/Ca ratios

Determining the past record of temperature and salinity of ocean surface waters is essential for understanding past changes in climate, such as those which occur across glacial-interglacial transitions. As a useful proxy, the oxygen isotope composition (delta18O) of calcite from planktonic foraminifera has been shown to reflect both surface temperature and seawater delta18O, itself an indicator of global ice volume and salinity. In addition, magnesium/calcium (Mg/Ca) ratios in foraminiferal calcite show a temperature dependence due to the partitioning of Mg during calcification. Here we demonstrate, in a field-based calibration experiment, that the variation of Mg/Ca ratios with temperature is similar for eight species of planktonic foraminifera (when accounting for Mg dissolution effects). Using a multi-species record from the Last Glacial Maximum in the North Atlantic Ocean we found that past temperatures reconstructed from Mg/Ca ratios followed the two other palaeotemperature proxies: faunal abundance and alkenone saturation. Moreover, combining Mg/Ca and delta18O data from the same faunal assemblage, we show that reconstructed surface water delta18O from all foraminiferal species record the same glacial-interglacial change--representing changing hydrography and global ice volume. This reinforces the potential of this combined technique in probing past ocean-climate interactions.     

MgZnCa合金的组织结构和力学性能分析

通过铜模吸铸法制备直径为3mm的Mg-Zn-Ca三元共晶合金,按成分比例配制的合金分别为Mg72Zn15Ca13、Mg62Zn36Ca2、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26.利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、微机控制电子式万能试验机和扫描电子显微镜(SEM)对MgZnCa合金的组织结构、力学性能和断口形貌进行研究.结果表明:Mg72Zn15Ca13、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26合金形成非晶相和晶体相共存的复合材料,Mg62Zn36Ca2形成纯晶体;其中强度最高、塑性最好的是Mg14Zn22Ca64,其强度和塑性应变分别为548MPa和0.9%;对于该合金系,强度随结晶度降低而升高;压缩断口形貌显示,Mg72Zn15Ca13、Mg62Zn36Ca2、Mg14Zn22Ca64和Mg26Zn48Ca26合金均为脆性断裂.     

方解石晶体结构及表面活性位点第一性原理

基于密度泛函理论的第一性原理,采用Materials Studio 6.1软件的CASTEP模块对方解石的晶体结构及与水分子及水分子簇的吸附作用进行了研究.结果表明,方解石在参与化学反应时O的活性最强,C和Ca次之;其次确定了最稳定解离面为{101-4}切面,其Ca和O位点与单个水分子形成吸附,且与O位点吸附作用较强,H(H2O)-O(CaCO3)键与H(H2O)-O(H2O)键间形成氢键;{101-4}切面水分子簇相互作用,水分子间及水分子与方解石表面均存在氢键作用,吸附发生在O位点和Ca位点,且主要发生在O位点.     

白云石化机理与白云岩成因问题研究

通过统计大量白云岩成因的例子, 追溯其离子来源, 得出: 地质环境中白云石化所需Mg²⁺主要来源于成岩流体、岩浆岩及其他固体矿物和生物, 这些Mg经特定的流体动力学机制交代方解石中的Ca²⁺使之转化为 白云石。根据Mg²⁺来源和流体动力学机制, 目前较成熟的白云石化成因模式主要有蒸发模式( 萨布哈模式)、渗透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及热液成因模式。根据不同的埋藏条件, 可将白云石化分为3 类: 浅层白云石化(<1000 m)、中深层白云石化( 1000 ～2000 m) 和深层白云石化(> 2000 m)。     

Mg2Ca相对镁合金形变和失效机理的影响

采用分子动力学(MD)模拟方法,在分析Mg-Ca合金中Mg基质和Mg_2Ca稳定相机械性能基础上,对比揭示了Mg_2Ca对多晶镁合金形变和失效机理的影响.特定方向的单轴载荷下,单晶Mg伴随着活跃的锥面c+a和柱面a位错,有显著塑性形变.单晶Mg_2Ca无明显塑性形变,高刚度且脆性强烈.对比多晶Mg/Mg_2Ca复合材料的微观结构,在塑性形变过程中,Mg_2Ca晶粒因其高刚度能减少合金位错并阻断相邻Mg基质中活跃的基面a和锥面c+a位错的传播,从而锚定周围原子.而较弱的Mg/Mg_2Ca界面容易产生裂缝,引起晶间断裂,最终使多晶镁合金失效.     

柠檬酸对二水石膏晶体生长习性与晶体形貌的影响

利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段分析了柠檬酸对二水石膏晶体结晶习性的影响,并从晶体生长的角度揭示了柠檬酸的缓凝机理．结果表明：柠檬酸由于能与钙离子发生络合作用,降低了钙离子在各个晶面上的叠合速率,从而减缓了石膏晶体的生长速率,晶体粗化;柠檬酸优先吸附在生长最快的c轴方向上,抑制c轴的生长,从而改变各个晶面的相对生长速率,晶形由针状变为短柱状;加入柠檬酸后,建筑石膏的缓凝、石膏硬化体强度的下降均与二水石膏晶体生长习性的改变息息相关．