稀土水合离子在高岭石表面吸附行为的第一性原理研究
发布时间：2021-01-06 11:06
离子型稀土矿是我国独有的一种极具战略价值的稀土矿资源,其中的稀土元素主要以水合或羟基水合物形式吸附在高岭石等黏土矿物表面,采用一定浓度的电解质溶液即可将其中的稀土离子交换和淋洗下来。虽然离子型稀土矿资源被发现至今已经历了数十年的开采利用,但目前学者们对稀土元素在黏土矿物表面的赋存状态还不明确,稀土水合离子的结构与性质及其在黏土矿物表面的微观吸附结构,以及黏土矿物内部普遍存在的杂质缺陷对其吸附稀土水合物的影响等诸多问题均存在争议,这些问题的存在一定程度上制约了离子型稀土矿的高效开采利用。本文采用基于平面波赝势密度泛函理论的第一性原理方法,考察了镁、钙、钒、铁和镓等5种常见杂质缺陷对高岭石（001）铝羟基面电子结构和性质的影响;研究了La（Ⅲ）、Lu（Ⅲ）和Y（Ⅲ）离子的水合、一羟基水合和二羟基水合物的配位结构与性质,并研究了它们在高岭石（001）表面的外层和内层吸附机理,考察了镁、钙、钒、铁和镓缺陷对内层吸附行为的影响规律。主要研究结果如下:（1）高岭石理想（001）铝羟基面态密度在费米能级附近主要由2p轨道贡献;镁和钙杂质缺陷增强了高岭石表面的共价性,明显增强了表面2p轨道在费米能级处...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
×2×1高岭石超晶胞的理想模型（左：正视图；右：俯视图）
2.2 理想高岭石（001）铝羟基面的电子结构与性质2.2.1 表面结构的驰豫图 2.3 显示了高岭石（001）铝羟基面结构优化前后的构型，表 2.3 列出了优化前后高岭石表面 O、H 和 Al 原子的位移情况。由图 2.3 可以看出，高岭石（001）铝羟基面结构优化后存在较明显的驰豫现象，其中表面羟基上的 H 原子变化最明显。结构优化前，高岭石表面的羟基均保持“直立”状态，优化后，羟基分为“平躺（lying）”、“倾斜（tilted）”和“直立（up）”三种状态有序排布。此外，高岭石晶体内部的羟基的 H 原子也明显由“平躺”状态变为向底层“倾斜”的状态。从表2.3 可知，结构优化对高岭石表面羟基 O 原子和 Al 原子的影响很小，其中朝 y 方向正向移动稍多，而几乎不影响 x 和 z 方向坐标；结构优化对表面羟基 H 原子影响最大，最终形成“平躺”、“倾斜”和“直立”三种状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水合离子的微观结构和输运动力学研究新进展[J]. 马旭村. 科学通报. 2018(21)
[2]我国离子吸附型稀土矿成矿规律浅析[J]. 王兆忠. 世界有色金属. 2018(09)
[3]浅谈稀土矿产成矿规律[J]. 冯洋,宋元宝. 世界有色金属. 2017(23)
[4]高岭石表面上铵离子吸附的量子化学研究[J]. 李贞. 有色金属科学与工程. 2017(04)
[5]高岭土资源及高岭石合成技术研究进展[J]. 申继学,马鸿文. 硅酸盐通报. 2016(04)
[6]羟基钙在高岭石两种（001）晶面的吸附机理[J]. 韩永华,刘文礼,陈建华,韩雨昕. 煤炭学报. 2016(03)
[7]高岭石对金属置换吸附机理的理论分析[J]. 方志杰,鄢翠,莫曼,杨惠君,张艺耀,张敏. 桂林理工大学学报. 2015(03)
[8]钆离子水化物的结构和热力学性质研究分析[J]. 肖伟,程荣龙,葛立新,傅院霞. 赤峰学院学报(自然科学版). 2015(20)
[9]水合Pb（OH）+在高岭石（001）晶面的吸附机理（英文）[J]. 王娟,夏树伟,于良民. 物理化学学报. 2014(05)
[10]季盐在高岭石（001）面上的吸附动力学模拟[J]. 陈攀,孙伟,岳彤. 中国矿业大学学报. 2014(02)
博士论文
[1]蒙脱石界面水化及疏水调控机理的量子力学/分子动力学研究[D]. 彭陈亮.安徽理工大学 2016
[2]离子吸附型稀土矿镁盐体系绿色高效浸取技术研究[D]. 肖燕飞.东北大学 2015
[3]水合Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）离子在高岭石（001）晶面的化学吸附[D]. 王娟.中国海洋大学 2014
[4]软岩粘土矿物的掺杂机制及其吸附特性[D]. 赵健.中国矿业大学（北京） 2013
[5]10（？）高岭石水合物的合成及其结构、形貌的研究[D]. 牛继南.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]高岭石表面性质及其吸附Pb（Ⅱ）的密度泛函理论研究[D]. 胡雪飞.江西理工大学 2018
[2]水分子在高岭石带电表面吸附的理论研究[D]. 钟明静.山东农业大学 2015
[3]粘土矿物及土壤无机相对稀土元素La、Nd的吸附性研究[D]. 魏斌.安徽农业大学 2011
[4]季铵盐与铝硅矿物的界面作用基础[D]. 周苏阳.中南大学 2011
本文编号：2960459
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
×2×1高岭石超晶胞的理想模型（左：正视图；右：俯视图）
2.2 理想高岭石（001）铝羟基面的电子结构与性质2.2.1 表面结构的驰豫图 2.3 显示了高岭石（001）铝羟基面结构优化前后的构型，表 2.3 列出了优化前后高岭石表面 O、H 和 Al 原子的位移情况。由图 2.3 可以看出，高岭石（001）铝羟基面结构优化后存在较明显的驰豫现象，其中表面羟基上的 H 原子变化最明显。结构优化前，高岭石表面的羟基均保持“直立”状态，优化后，羟基分为“平躺（lying）”、“倾斜（tilted）”和“直立（up）”三种状态有序排布。此外，高岭石晶体内部的羟基的 H 原子也明显由“平躺”状态变为向底层“倾斜”的状态。从表2.3 可知，结构优化对高岭石表面羟基 O 原子和 Al 原子的影响很小，其中朝 y 方向正向移动稍多，而几乎不影响 x 和 z 方向坐标；结构优化对表面羟基 H 原子影响最大，最终形成“平躺”、“倾斜”和“直立”三种状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水合离子的微观结构和输运动力学研究新进展[J]. 马旭村. 科学通报. 2018(21)
[2]我国离子吸附型稀土矿成矿规律浅析[J]. 王兆忠. 世界有色金属. 2018(09)
[3]浅谈稀土矿产成矿规律[J]. 冯洋,宋元宝. 世界有色金属. 2017(23)
[4]高岭石表面上铵离子吸附的量子化学研究[J]. 李贞. 有色金属科学与工程. 2017(04)
[5]高岭土资源及高岭石合成技术研究进展[J]. 申继学,马鸿文. 硅酸盐通报. 2016(04)
[6]羟基钙在高岭石两种（001）晶面的吸附机理[J]. 韩永华,刘文礼,陈建华,韩雨昕. 煤炭学报. 2016(03)
[7]高岭石对金属置换吸附机理的理论分析[J]. 方志杰,鄢翠,莫曼,杨惠君,张艺耀,张敏. 桂林理工大学学报. 2015(03)
[8]钆离子水化物的结构和热力学性质研究分析[J]. 肖伟,程荣龙,葛立新,傅院霞. 赤峰学院学报(自然科学版). 2015(20)
[9]水合Pb（OH）+在高岭石（001）晶面的吸附机理（英文）[J]. 王娟,夏树伟,于良民. 物理化学学报. 2014(05)
[10]季盐在高岭石（001）面上的吸附动力学模拟[J]. 陈攀,孙伟,岳彤. 中国矿业大学学报. 2014(02)
博士论文
[1]蒙脱石界面水化及疏水调控机理的量子力学/分子动力学研究[D]. 彭陈亮.安徽理工大学 2016
[2]离子吸附型稀土矿镁盐体系绿色高效浸取技术研究[D]. 肖燕飞.东北大学 2015
[3]水合Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）离子在高岭石（001）晶面的化学吸附[D]. 王娟.中国海洋大学 2014
[4]软岩粘土矿物的掺杂机制及其吸附特性[D]. 赵健.中国矿业大学（北京） 2013
[5]10（？）高岭石水合物的合成及其结构、形貌的研究[D]. 牛继南.中国矿业大学 2010
硕士论文
[1]高岭石表面性质及其吸附Pb（Ⅱ）的密度泛函理论研究[D]. 胡雪飞.江西理工大学 2018
[2]水分子在高岭石带电表面吸附的理论研究[D]. 钟明静.山东农业大学 2015
[3]粘土矿物及土壤无机相对稀土元素La、Nd的吸附性研究[D]. 魏斌.安徽农业大学 2011
[4]季铵盐与铝硅矿物的界面作用基础[D]. 周苏阳.中南大学 2011
本文编号：2960459
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