高岭石表面性质及其吸附Pb（Ⅱ）的密度泛函理论研究

发布时间：2021-11-05 07:19

　　我国水体受到污染越来越严重,尤其是重金属的污染危害更是日益加剧,严重危害人类以及水体生物生存。由于重金属离子的难降解性和沉积性,一般比较难以处理,吸附法是一种既经济又高效的的治理重金属离子的方法。在自然界中,天然的高岭石矿物具有比表面积大,表面活性吸附位点多,带永久性负电荷,成本低等优点,是比较理想的重金属离子吸附剂。目前,针对重金属离子的治理与研究,基本上以试验为主,采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法从矿物结构理论方面进行计算分析的较少,高岭石吸附重金属离子的吸附机理还不够明确。本论文采用量子化学方法的计算模拟软件Materials Studio,利用软件中CASTEP模块进行计算分析,探讨了高岭石最稳定解离面（001）晶面吸附重金属的结合能以及电子特性等,研究了高岭石与Pb的化学吸附机理和吸附特性。高岭石晶体的禁带宽度大,价带和导带不易发生电子跃迁,属于绝缘体,其内部的电荷具有不平衡性,铝氧八面体层表现出较多的正电性,硅氧四面体层表现较多的负电性,其中Si-O键的共价性强于Al-O键的共价性,作用强度较高,较难断裂,Si-Ob的布局值小于Si-Oa的布局值,Si原子对O原子相对... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 文献综述
    1.1 高岭石的概述
        1.1.1 高岭石的来由
        1.1.2 高岭石的晶体结构
    1.2 重金属污染概况
        1.2.1 我国水资源重金属污染现状
        1.2.2 重金属的来源
        1.2.3 重金属废水的危害
        1.2.4 高岭石矿物处理重金属污染的密度泛函理论研究
    1.3 课题研究的目的、意义及内容
        1.3.1 目的和意义
        1.3.2 主要研究内容
第二章 理论基础及计算方法
    2.1 引言
    2.2 第一性原理计算简介
    2.3 波函数及其意义
    2.4 Schrodinger(薛定谔)方程
    2.5 密度泛函理论
    2.6 赝势理论
第三章 高岭石的体相及表面
    3.1 计算模型及方法
        3.1.1 计算模型的构建
        3.1.2 计算方法及相关参数
    3.2 高岭石矿物体相的电子结构与导电性能
        3.2.1 能带结构
        3.2.2 电子态密度
        3.2.3 高岭石的成键特性
        3.2.4 高岭石晶体的原子 Mulliken 电荷布局
        3.2.5 高岭石的晶体解离
    3.3 本章小结
第四章 高岭石晶体(001)面表面结构与电子性质
    4.1 高岭石(001)晶面的结构优化
    4.2 高岭石(001)表面电子态密度
    4.3 高岭石(001)晶面的原子电荷
    4.4 高岭石表面原子的反应活性
    4.5 本章小结
第五章 Pb在高岭石(001)面上的吸附
    5.1 计算方法及结构模型
    5.2 Pb在高岭石(001)面上的吸附位点的测试及吸附机理
        5.2.1 Pb在高岭石上的吸附
        5.2.2 Pb吸附后的层间距和垂直距离的变化
        5.2.3 高岭石(001)面吸附Pb的态密度
    5.3 本章小结
第六章 高岭石对Pb~2+的吸附机理
    6.1 吸附试验
        6.1.1 试验材料及试验方法
        6.1.2 试验所用主要药剂和仪器设备
    6.2 吸附热力学
        6.2.1 建立吸附热力学模型
        6.2.2 吸附热力学模型
    6.3 吸附动力力学
        6.3.1 建立吸附动力学模型
        6.3.2 吸附动力学模型
    6.4 pH和吸附剂对高岭石吸附Pb~2+的影响
        6.4.1 高岭石吸附Pb~2+的pH影响
        6.4.2 吸附剂对吸附Pb~2+的影响
    6.5 本章小结
第七章 结论及创新点
    7.1 主要结论
    7.2 论文创新点
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3477337