高岭石水化作用和离子吸附的微量热研究

发布时间：2025-01-18 14:14

　　 黏土矿物是最常见的地表矿物,其水化和吸附行为有着重要的地质工程和环境工程应用意义.为了研究不同金属阳离子溶液在不同温度下对高岭石水化能力的影响,利用微量热仪测定不同温度条件下高岭石与水、不同盐溶液作用产生的反应热.结果表明:离子浓度越高,吸附量越大,高岭石与溶液混合产生的释热量越高;碱金属阳离子与高岭石的作用强度与离子半径有关,具有Cs⁺>K⁺>Na⁺强度顺序.温度对高岭石-碱金属离子相互作用强度有着重要影响.相对高温条件下的释热量明显升高,可能与高岭石羟基面反应性增强、碱金属离子与羟基氢的交换反应加强有关.由此可知,黏土矿物-流体相互作用与温度、离子半径和离子浓度呈正相关关系.

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【部分图文】：

图1 高岭石的XRD图谱（a),SEM图像（b）和晶体结构（c)

高岭石与盐溶液混合后，立即有热释放，持续时间与水化作用时间基本一致，与高浓度溶液的作用时间略长于低浓度条件（图3）.吸附量与温度有明显的关系，高温条件下的离子吸附量明显低于低温条件（表1）.不同温度条件下，热流曲线形态相似但峰值存在一定差异，70℃条件下持续时间略短，释放的热量一....

图2 C80微量热仪(a)和膜反应池(b)结构图

图1高岭石的XRD图谱（a),SEM图像（b）和晶体结构（c)在NaCl溶液中，40℃条件下的时间-热流曲线和水化曲线的差异不明显，但在70℃时100mmol?L-1溶液中反应热（14.513J?g-1）显著高于水化热（12.054J?g-1）和40℃时的反应热（12.9....

图3 40℃和70℃条件下高岭石与不同溶液混合的热流-时间曲线

由于不同离子的水合能力和离子半径存在差异，在高岭石表面的吸附行为存在区别.前期分子模拟研究提出[35-36]，在水溶液条件下水合Na+离子一般更倾向于远离矿物表面[32]，不与羟基面发生交换反应.K+离子则与硅氧四面体的作用更强，倾向于陷入六元环而与表面氧原子形成内球络合[36]....

图4 高岭石与不同流体混合的热流值

温度对高岭石与溶液混合释热影响较大，由图4可知，尽管70℃时离子吸附量低，但混合反应热普遍高于40℃时.这一特征可能与离子的活动性和高岭石表面反应性变化有关.一方面，随着温度上升，阳离子的活动性增强，更多外球络合形式的离子有机会靠近六元环中心位置而形成内球络合[32,37]，从而....

本文编号：4028718