水合Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
发布时间：2021-07-24 09:52
重金属离子具有生物累积性，很难被代谢降解，易通过食物链富集，尤其是通过污染的水体环境，直接威胁人类的健康和生存。吸附法是处理含重金属离子水体的一种经济有效的方法。天然矿物高岭石具有较大的比表面积，且表面含有大量活性基团和永久性负电荷，是去除重金属有害元素较为理想的低成本吸附剂。当前有关重金属离子在高岭石表面的吸附研究主要以实验为主，相关的光谱学数据和量子化学计算报道较少，具体的吸附机理尚不明确。本文采用CASTEP软件，基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波赝势法，结合周期平板模型，通过计算重金属吸附物种的结合能以及与实验光谱数据进行比较，研究了水体环境中三种典型重金属离子Pb（II）、Cu（II）和Zn（II）在高岭石（001）晶面的化学吸附产物的结构和稳定性，并探索了相应成键机理，主要研究结果如下：1.第一性原理密度泛函理论（DFT）研究表明，Pb（II）的最大可能水合数为8；其中水合数6为半方位（Hemi-directed）构型和全方位（Holo-directed）构型的过渡配位数；由键长、结合能以及Mulliken电荷分析，可知水合数6，7和8均有可能存在。结合第一性原理分子动力...
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 前言
1.1 引言
1.2 高岭石概述
1.2.1 高岭石简介
1.2.2 研究现状
1.2.3 晶体结构及特点
1.2.4 高岭石（001）晶面
1.3 本研究的目的、意义及内容
1.3.1 研究目的及意义
1.3.2 研究内容
2. 理论基础与计算方法
2.1 量子化学
2.1.1 从头计算法
2.1.2 密度泛函
2.2 CASTEP 基本原理与方法
2.2.1 超晶胞
2.2.2 平面波基组
2.2.3 赝势方法
2.2.4 自洽场（SCF）计算
2.2.5 结构优化
2.2.6 分子动力学
3. Pb(Ⅱ)水合结构的密度泛函及分子动力学研究
3.1 计算方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 Pb(H_2O)1-9~(2+)几何构型
3.2.2 Pb(H_2O)1-8~(2+)键长
3.2.3 Pb(H_2O)1-8~(2+)结合能
3.2.4 Pb(Ⅱ)的 Mulliken 电荷
3.2.5 分子动力学模拟
3.2.6 Pb(H_2O)6~(2+)性质
3.3 小结
4. 水合 Pb(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
4.1 计算方法
4.2 表面模型
4.3 结果与讨论
4.3.1 单齿吸附配合物
4.3.2 双齿吸附配合物
4.3.3 三齿吸附配合物
4.4 与实验数据的比较
4.5 小结
5. 水合 Pb(OH)~+在高岭石(001)晶面的化学吸附
5.1 计算方法
5.2 表面模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 Pb(OH)(H_2O)_n~+几何构型
5.3.2 吸附配合物
5.3.3 性质分析
5.4 小结
6. 水合 PbCl~+在高岭石（001）晶面的化学吸附
6.1 计算方法
6.2 表面模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 PbCl(H_2O)_n~+几何构型
6.3.2 吸附配合物
6.3.3 性质分析
6.4 小结
7. 水合 Cu(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
7.1 计算方法
7.2 表面模型
7.3 结果与讨论
7.3.1 Cu(H_2O)n~(2+)几何构型
7.3.2 吸附配合物
7.3.3 性质分析
7.4 小结
8. 水合 Zn(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
8.1 计算方法
8.2 表面模型
8.3 结果与讨论
8.3.1 Zn(H_2O)_n~(2+)几何构型
8.3.2 吸附配合物
8.3.3 性质分析
8.4 小结
9. 结论
9.1 主要结论
9.2 研究特色及创新点
9.3 不足与展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]Pb（Ⅱ）水合结构的密度泛函及分子动力学研究[J]. 王娟,夏树伟,于良民. 化学学报. 2013(09)
[3]铅污染对儿童血液生化及其智力的影响[J]. 俞慧君,王秀敏,周华斐,汤卫红. 中国儿童保健杂志. 2012(08)
[4]低水平铅暴露对儿童智力发育影响[J]. 刘康生,郝加虎. 预防医学情报杂志. 2011(08)
[5]锌对淡水生物的毒性特征与水质基准的研究[J]. 吴丰昌,冯承莲,曹宇静,张瑞卿,李会仙,廖海清,赵晓丽. 生态毒理学报. 2011(04)
[6]硅藻土吸附重金属离子研究现状及进展[J]. 朱健,王平,罗文连,王韬远,张烨. 中南林业科技大学学报. 2011(07)
[7]Zn（Ⅱ）在仿刺参幼参体内的蓄积及对其生长和存活的影响[J]. 李君丰,张丛尧,杨辉,王华,王伟. 大连海洋大学学报. 2011(01)
[8]球形纤维素吸附剂对Cu2+的吸附动力学与热力学研究[J]. 林春香,詹怀宇,刘明华,张佳珺,付时雨. 离子交换与吸附. 2010(03)
[9]理论化学研究进展以及在可持续发展中的应用[J]. 帅志刚. 化学进展. 2009(11)
[10]纳米钛酸钙粉体的制备及其对水中铅和镉的吸附行为[J]. 张东,侯平. 化学学报. 2009(12)
博士论文
[1]柔性金属对大肠杆菌毒性机理的研究[D]. 徐芳芳.东华大学 2012
[2]不同类型矿物和土壤对砷的吸附—解吸研究[D]. 吴萍萍.中国农业科学院 2011
[3]钙钛矿型氧化物半导化掺杂与表面吸附光电特性的理论研究[D]. 贠江妮.西北大学 2010
[4]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
[5]量子化学理论在现代化学中应用的研究[D]. 任慧.北京化工大学 2008
[6]高岭石/有机插层复合物的制备、性能及应用研究[D]. 夏华.中国地质大学 2005
硕士论文
[1]二氧化钛纳米管及其阵列形成和性质的密度泛函理论研究[D]. 孟强强.浙江工业大学 2011
[2]钙、镁、氯离子水化现象的研究[D]. 李非.河北工业大学 2011
[3]高锌摄入导致AD样病理改变及记忆障碍[D]. 景小鹏.华中科技大学 2011
[4]碳纳米管储氢性能的第一原理研究[D]. 王雅雯.中国海洋大学 2010
[5]Cd（ll）、Zn（ll）离子以及PFOS、PFOA在金红石（110）面上化学吸附的密度泛函研究[D]. 钟炳伟.中国海洋大学 2010
[6]几种化学反应机理的量子化学理论计算[D]. 陈静波.中南大学 2009
[7]密度泛函法预测理想气体热力学性质的研究[D]. 庞泉德.中国海洋大学 2009
[8]水分子和锌离子在针铁矿（010）晶面上吸附及咪唑啉衍生物的结构与缓蚀性能关系的理论研究[D]. 仇萌.中国海洋大学 2009
[9]天然沸石对电镀废水中重金属离子的吸附实验研究[D]. 王祝来.西安建筑科技大学 2005
[10]果园土壤铜素分异特征及化学行为研究[D]. 王正直.山东农业大学 2003
本文编号：3300426
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 前言
1.1 引言
1.2 高岭石概述
1.2.1 高岭石简介
1.2.2 研究现状
1.2.3 晶体结构及特点
1.2.4 高岭石（001）晶面
1.3 本研究的目的、意义及内容
1.3.1 研究目的及意义
1.3.2 研究内容
2. 理论基础与计算方法
2.1 量子化学
2.1.1 从头计算法
2.1.2 密度泛函
2.2 CASTEP 基本原理与方法
2.2.1 超晶胞
2.2.2 平面波基组
2.2.3 赝势方法
2.2.4 自洽场（SCF）计算
2.2.5 结构优化
2.2.6 分子动力学
3. Pb(Ⅱ)水合结构的密度泛函及分子动力学研究
3.1 计算方法
3.2 结果与讨论
3.2.1 Pb(H_2O)1-9~(2+)几何构型
3.2.2 Pb(H_2O)1-8~(2+)键长
3.2.3 Pb(H_2O)1-8~(2+)结合能
3.2.4 Pb(Ⅱ)的 Mulliken 电荷
3.2.5 分子动力学模拟
3.2.6 Pb(H_2O)6~(2+)性质
3.3 小结
4. 水合 Pb(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
4.1 计算方法
4.2 表面模型
4.3 结果与讨论
4.3.1 单齿吸附配合物
4.3.2 双齿吸附配合物
4.3.3 三齿吸附配合物
4.4 与实验数据的比较
4.5 小结
5. 水合 Pb(OH)~+在高岭石(001)晶面的化学吸附
5.1 计算方法
5.2 表面模型
5.3 结果与讨论
5.3.1 Pb(OH)(H_2O)_n~+几何构型
5.3.2 吸附配合物
5.3.3 性质分析
5.4 小结
6. 水合 PbCl~+在高岭石（001）晶面的化学吸附
6.1 计算方法
6.2 表面模型
6.3 结果与讨论
6.3.1 PbCl(H_2O)_n~+几何构型
6.3.2 吸附配合物
6.3.3 性质分析
6.4 小结
7. 水合 Cu(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
7.1 计算方法
7.2 表面模型
7.3 结果与讨论
7.3.1 Cu(H_2O)n~(2+)几何构型
7.3.2 吸附配合物
7.3.3 性质分析
7.4 小结
8. 水合 Zn(Ⅱ)离子在高岭石（001）晶面的化学吸附
8.1 计算方法
8.2 表面模型
8.3 结果与讨论
8.3.1 Zn(H_2O)_n~(2+)几何构型
8.3.2 吸附配合物
8.3.3 性质分析
8.4 小结
9. 结论
9.1 主要结论
9.2 研究特色及创新点
9.3 不足与展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读博士学位期间发表论文情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]Pb（Ⅱ）水合结构的密度泛函及分子动力学研究[J]. 王娟,夏树伟,于良民. 化学学报. 2013(09)
[3]铅污染对儿童血液生化及其智力的影响[J]. 俞慧君,王秀敏,周华斐,汤卫红. 中国儿童保健杂志. 2012(08)
[4]低水平铅暴露对儿童智力发育影响[J]. 刘康生,郝加虎. 预防医学情报杂志. 2011(08)
[5]锌对淡水生物的毒性特征与水质基准的研究[J]. 吴丰昌,冯承莲,曹宇静,张瑞卿,李会仙,廖海清,赵晓丽. 生态毒理学报. 2011(04)
[6]硅藻土吸附重金属离子研究现状及进展[J]. 朱健,王平,罗文连,王韬远,张烨. 中南林业科技大学学报. 2011(07)
[7]Zn（Ⅱ）在仿刺参幼参体内的蓄积及对其生长和存活的影响[J]. 李君丰,张丛尧,杨辉,王华,王伟. 大连海洋大学学报. 2011(01)
[8]球形纤维素吸附剂对Cu2+的吸附动力学与热力学研究[J]. 林春香,詹怀宇,刘明华,张佳珺,付时雨. 离子交换与吸附. 2010(03)
[9]理论化学研究进展以及在可持续发展中的应用[J]. 帅志刚. 化学进展. 2009(11)
[10]纳米钛酸钙粉体的制备及其对水中铅和镉的吸附行为[J]. 张东,侯平. 化学学报. 2009(12)
博士论文
[1]柔性金属对大肠杆菌毒性机理的研究[D]. 徐芳芳.东华大学 2012
[2]不同类型矿物和土壤对砷的吸附—解吸研究[D]. 吴萍萍.中国农业科学院 2011
[3]钙钛矿型氧化物半导化掺杂与表面吸附光电特性的理论研究[D]. 贠江妮.西北大学 2010
[4]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
[5]量子化学理论在现代化学中应用的研究[D]. 任慧.北京化工大学 2008
[6]高岭石/有机插层复合物的制备、性能及应用研究[D]. 夏华.中国地质大学 2005
硕士论文
[1]二氧化钛纳米管及其阵列形成和性质的密度泛函理论研究[D]. 孟强强.浙江工业大学 2011
[2]钙、镁、氯离子水化现象的研究[D]. 李非.河北工业大学 2011
[3]高锌摄入导致AD样病理改变及记忆障碍[D]. 景小鹏.华中科技大学 2011
[4]碳纳米管储氢性能的第一原理研究[D]. 王雅雯.中国海洋大学 2010
[5]Cd（ll）、Zn（ll）离子以及PFOS、PFOA在金红石（110）面上化学吸附的密度泛函研究[D]. 钟炳伟.中国海洋大学 2010
[6]几种化学反应机理的量子化学理论计算[D]. 陈静波.中南大学 2009
[7]密度泛函法预测理想气体热力学性质的研究[D]. 庞泉德.中国海洋大学 2009
[8]水分子和锌离子在针铁矿（010）晶面上吸附及咪唑啉衍生物的结构与缓蚀性能关系的理论研究[D]. 仇萌.中国海洋大学 2009
[9]天然沸石对电镀废水中重金属离子的吸附实验研究[D]. 王祝来.西安建筑科技大学 2005
[10]果园土壤铜素分异特征及化学行为研究[D]. 王正直.山东农业大学 2003
本文编号：3300426
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