高岭土/肼插层材料的制备与表征

以高岭土为原料,选取50%水合肼作为插层剂,采用直接液相插层法,并辅以磁力搅拌,成功地将肼分子插入到高岭石结构层间,制得肼插层高岭土材料。利用红外光谱和粒度分析仪对产品进行了表征。IR谱表明, 插层中肼分子中的NH基与高岭石内表面羟基之间产生了N-H-OH作用,形成了新的氢键;插层反应后的样品,其粒径小于5 μm的颗粒占总颗粒数的比例降低了10.55%,平均粒径增大了46.84%。     

二甲基甲酰胺对高岭石插层的分子动力学模拟

通过对高岭石-二甲基甲酰胺插层复合物随层间域中二甲基甲酰胺分子数逐渐增加的分子动力学模拟,发现高岭石层间距可被小分子的插层大幅度扩增,但需要借助外界条件克服插层能垒。通过对层间距为1.26 nm模型的界面结构和界面作用的计算,发现二甲基甲酰胺在高岭石层间域中呈单层分布。二甲基甲酰胺的分子平面斜交于层间域表面60°左右,其HC=O官能团的O原子作为质子受体与层间域铝氧面的羟基形成较强的氢键,而甲基则与硅氧面以疏水作用相结合。由于高岭石层间域的铝氧面具有反应活性较高的表面羟基,相比于硅氧面表现出对二甲基甲酰胺更强的亲和性。     

DOM不同分子质量组分对石英砂吸附卡马西平的影响研究

为探究溶解性有机质(DOM)不同相对分子质量组分对药物和个人护理品(PPCPs)类污染物吸附过程的影响,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,以石英砂代表无机矿物,用商用腐殖酸(HA)制备DOM并进行超滤分级,然后开展吸附实验,并采用荧光光谱和红外光谱表征等手段,研究了DOM不同分子质量组分对石英砂吸附CBZ的影响及机制。结果表明,以3 000和10 000的超滤膜进行分级后的不同相对分子质量HA结构有明显差别,大分子质量HA中苯环等疏水性结构以及羟基的含量较多,芳香构造化程度高,多为分子量较高、稳定性较好的疏水性有机物,但中、小分子质量HA结构差异不大,含有更多羰基、羧基等含氧官能团,主要是一些分子质量较小的亲水物质; DOM不同分子质量组分对CBZ在石英砂上的吸附有明显影响,其中大分子质量组分促进吸附,而中、小分子质量组分抑制吸附,原因在于大分子质量组分可疏水结合于矿物表面,增加介质表面的活性吸附位点,同时其芳香性或脂肪性结构可与CBZ的疏水基团发生疏水作用共吸附或累积吸附于介质表面,从而促进CBZ的吸附;而中、小分子质量DOM的极性官能团可与CBZ酰胺部分通过极性作用结合,对CBZ分子有增溶作用,从而抑制吸附。     

HDTMA~+柱撑蒙脱石对十二烷基磺酸钠的吸附研究

<正>通过表面活性剂的有机柱撑(有机插层)等表面改性处理,一方面可在蒙脱石等粘土矿物内、外表面形成表面活性剂半胶束/吸附胶束相;另一方面,矿物的亲水性表面可被改造成为疏水性表面,两者共同作用的结果即可达到对大多数     

黏土矿物污染控制材料及其高效利用

黏土矿物具有特殊的纳米片层结构、含可交换性层间阳离子、微观结构及表面物理化学性质易调控;因此,黏土矿物及其改性产物对多种环境污染物有良好的吸附/催化性能,在污染控制领域有良好的应用前景。近年来,课题组以蒙脱石和层状双金属氢氧化物(LDH)为代表,研究了它们在污染控制领域的资源利用:1)研究了蒙脱石、LDH、LDO(LDH煅烧产物)对染料分子的吸附特征,发现它们对染料分子的吸附性能可优于活性炭;通过碳化处理废弃黏土矿物的方法,制备了系列类石墨烯纳米碳材料及多孔碳材料,所得碳材料显示了良好的电催化性能或吸附性能。2)研究了蒙脱石对重金属离子的吸附特征,并通过热处理实现了重金属离子的层间域/片层结构内的原位锁定。3)研究了羟基金属改性蒙脱石对重金属离子和含氧酸根的协同吸附机制,并发现吸附产物(如吸附了磷酸根和Cu2+的羟基铁柱撑蒙脱石)可用于光催化降解有机污染物。4)综合运用实验研究和分子模拟技术,研究了有机改性蒙脱石对疏水性有机污染物的吸附机制,发现表面活性剂堆垛密度是决定有机黏土吸附性能的关键因素,并采用阳离子聚合物来调控层间域表面活性剂堆垛密度,优化了有机黏土吸附性能。5)采用阳离子表面活性剂和羟基金属共同插层的方法,制备了有机-无机复合蒙脱石,发现了其能同时吸附有机物和含氧酸根离子。课题组的研究工作综合运用了实验研究和分子模拟,包括了基础理论研究和应用研究,涉及了黏土矿物及其改性产物的吸附、催化性能,并探讨多种废弃黏土矿物的资源回用技术。研究结果对实现黏土矿物在污染控制领域的高效资源利用提供了新信息。     

不同分子质量聚乙二醇在蒙脱石层间的吸附作用

用蒙脱石(Mont)吸附水溶液中不同分子质量的聚乙二醇(PEG)，制备PEG／Mont复合物，采用XRD、FTIR和DTA／TG表征PEG／Mont复合物的结构。结果表明：PEG通过置换部分层间水合离子进入蒙脱石层间通道内；PEG以单层或双层平卧于蒙脱石层间；大分子质量的PEG容易形成双层复合物，但双层复合物的热稳定性较差。     

钻孔乳状液边界膜强度的研究

钻孔乳状液其润滑作用是由于钻孔乳状液中具有润滑效能的极性分子、非极性分子在裸孔表面、钻具表面形成一层或多层定向排列的分子栅(吸附膜、润滑膜、反应膜)。边界膜分子间的内聚力具有一定的承载能力,从而改变了钻具与孔壁的摩擦状态,使钻具与孔壁(金属与岩石)间的外摩擦转变为边界膜的内     

微生物降解蒙脱石层间吸附有机质的实验研究

近年来,国内外学者意识到,有机质在蒙脱石结构层间的吸附是有机质保存的重要机理之一,然而,目前关于微生物能否降解蒙脱石层间吸附有机质以及降解的程度等尚没有任何实验数据的支撑。本文试图通过人工合成含有层间吸附有机质的蒙脱石,利用海洋和湖泊沉积物中常见的降解有机质的微生物对其进行降解实验,据此探讨有机质的蒙脱石层间吸附在沉积物埋藏过程中对有机质保存的贡献。有机质选择半胱氨酸和甲苯,前者是生物生长所需的一种重要氨基酸,后者大量存在于土壤和沉积物中,多种细菌可以在有碳氢化合物的环境下将其降解。实验菌种选择恶臭假单胞杆菌(Pseudomonas putida)和腐败希瓦氏菌(Shewanella putrefaciens CN32)2种细菌,它们均为海洋和湖泊沉积物中的主导微生物,前者有较强的有机质降解能力,后者为铁的还原菌,厌氧代谢过程中能将蒙脱石结构中的Fe(III)还原为Fe(II)。通过上述不同菌种对蒙脱石层间吸附不同性质有机质的降解实验,结果显示,微生物对蒙脱石层间吸附的有机质的降解方式主要有分泌有机酸直接降解和破坏层间结构释放有机物从而进行降解。代表菌种假单胞菌和希瓦氏菌对半胱氨酸绿脱石及甲苯绿脱石的作用表明,微生物通过分泌有机酸的形式对蒙脱石层间吸附的有机质降解作用很有限,该结构在恒定的有氧和无氧条件下对保存有机质有利;希瓦氏菌在严格无氧条件下通过还原Fe(III)进行代谢,实验表明,无氧条件下,希瓦氏菌可以一定程度破坏矿物结构,释放并消耗有机物,因此,铁还原微生物对蒙脱石层间吸附有机质的保存有一定的影响,但由于微生物对矿物晶体结构的破坏能力有限,故其对层间吸附有机质降解的能力也有限;不同有机物对生物降解过程也有影响,这些影响取决于有机质的特性及有机质与细菌之间的相互作用。绿脱石层间吸附的半胱氨酸对生物生长有利,从而可能促进生物还原Fe(III)作用。相反,甲苯却很明显的抑制了Fe(III)的还原。由此可见,有机质的蒙脱石层间吸附是有机质保存的重要方式之一。     

快速制备肼—高岭石插层复合物的方法及意义

将一定浓度的肼溶液与高岭土混合，施以机械研磨，不仅加快了肼分子插入高岭石的速率(10分钟内可使插层率达96％)，而且超细效果明显。在加温120℃后，插入高岭石层间的肼分子挥发，产生的气体能进一步将高岭土剥离，最后得到—2μm＞90％的超细高岭土粉体，且片状晶形完好。这种技术为制备“双90”超细高岭土提供了新的思路和方法。     

微生物铁还原作用对蒙脱石保存有机物的影响:以硫酸盐还原菌为例

本文研究了微生物的铁还原作用对黏土矿物有机质保存的影响。将一种有机化合物(十二氨基十二酸)插层到一种富铁的蒙脱石(绿脱石)中,利用硫酸盐还原菌(Desulfovibrio vulgaris)分别对插层前后的绿脱石进行作用,以研究该菌对绿脱石结构中Fe3+的还原作用以及层间有机物的影响。结果发现,1Desulfovibrio vulgaris能够还原这2种绿脱石结构中的Fe3+,且电子穿梭体AQDS(蒽醌-2,6-二磺酸)能够增强还原速率和程度;2硫酸盐的存在能够增加还原速率和程度,表明还原过程中生成的硫化物与绿脱石结构中的Fe3+发生了化学还原作用;3通过X射线衍射、红外光谱、总有机碳分析表明,还原后的绿脱石,其结构层内仍有大量有机物,具有一定的稳定性和保存层间有机质的能力。     

醇解条件下高岭石-硅烷插层复合物的制备与表征

以张家口高岭石为原料,通过二甲基亚砜和甲醇处理获得高岭石-甲醇插层复合物,以此为前驱体,常温条件下在γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)及APTES与甲醇组成的反应液中制备出了一系列高岭石-硅烷插层复合物,并利用XRD、FTIR、TEM对其结构和形貌进行了表征。结果表明:反应液中甲醇的加入会使插层复合物的层间距减小,且反应液中甲醇所占的比重越大,所得插层复合物的层间距越小。透射电子显微镜发现:当反应液中不加入甲醇时,所得插层复合物(K-APTES)仍呈现出六方片状的晶形,但加入甲醇后,所得插层复合物出现明显的卷曲剥离现象。上述现象均是由于甲醇与APTES发生醇解反应生成γ-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)并随APTES分子一起插入高岭石层间造成的。     

硬脂酸钠改性蒙脱石对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以阴离子表面活性剂硬脂酸钠为改性剂制备了硬脂酸钠改性蒙脱石(NaSTA-MMT).FI-IR和XRD分析表明插层剂已进入蒙脱石层间,且随着硬脂酸钠量的增加蒙脱石层间距从1.274 nm增加到4.805 nm。亚甲基蓝吸附实验表明,硬脂酸钠改性蒙脱石吸附行为遵循伪二级动力学方程。平衡吸附量与平衡质量浓度之间的关系符合Langmuir等温吸附方程所描述的规律。硬脂酸钠改性膨润吸附亚甲基蓝表现为自发的表面物理吸附过程,吸附活化能、吸附焓变和熵变分别为2.36 kJ/mol-、21.47 kJ/mol和-44.45 J/mol.K。     

页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理

吸附态是页岩气的主要赋存状态之一，对吸附气含量的准确评价是页岩气勘探开发中的重要环节.在页岩吸附气含量评价过程中，所选用的等温吸附模型是否遵循页岩气的赋存状态及其微观作用机理，是决定模型适用性的关键所在，也是决定吸附气含量评价准确性的重要因素.因此，需要对页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理开展深入研究，为科学地优选或建立吸附气评价模型提供理论依据.利用巨正则蒙特卡洛（Grand Canonical Monte Carlo，简称GCMC）法分别模拟甲烷在有机质和伊利石孔隙中的吸附特征并得到分子构型，并进行分子动力学（MD）模拟使体系达到充分平衡.在此基础上，根据气体浓度分布、密度场分布以及分子间相互作用等特征阐明页岩气在孔隙表面的赋存状态及其微观作用机理.研究表明，页岩气在孔隙表面的吸附作用并非单层吸附，吸附相可划分为强吸附层、弱吸附层和二者之间的吸附层波谷.强吸附层主要受到矿物表面的吸附作用；吸附层波谷与弱吸附层既受到矿物表面的吸附作用，又受到不同吸附层之间的吸附作用.Langmiur模型与BET模型的假设条件与此机理不严格相符，可能对模型评价精度造成一定影响.对页岩气在孔隙表面赋存状态及其微观作用机理的研究，有望为吸附模型的优选或建立提供理论依据.      

TDTMA+-柱撑蒙脱石吸附硝基苯的实验研究

以阳离子表面活性剂(十四烷基三甲基溴化铵,TDTMBA)为柱撑剂,在不同浓度条件下(0.2 CEC～2.5 CEC)制备了一系列柱撑蒙脱石,并通过XRD对有机蒙脱石进行表征,研究季铵盐离子在层间的排列结构.同时针对TDTMA -柱撑蒙脱石对硝基苯的吸附进行研究.实验结果表明,吸附去除率受硝基苯的初始浓度、反应时间等因素的影响,而与pH值没有太大的关系.经过柱撑改性后,粘土对硝基苯的吸附能力较原土有了明显的提高.随着层间柱撑浓度的增大,柱撑蒙脱石对硝基苯的吸附量也增大.另外钙基蒙脱石和平卧双层,倾斜单层以及倾斜双层的结构的TDTMA -柱撑蒙脱石对硝基苯的吸附等温线符Freundlich和Langmuir等温方程,假三层结构的TDTMA -柱撑蒙脱石对硝基苯的吸附等温线符合Linear等温方程,这表明前者是以表面吸附为主,后者是以分配作用为主.     

γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)与高岭石层间表面羟基的嫁接反应机理

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对不同有序度高岭石的层间表面羟基进行嫁接反应。应用XRD、FTIR、热分析、元素分析等表征手段对产物进行分析。结果表明:高岭石经过二甲基亚砜(DMSO)预插层后,可与APTES反应得到嫁接产物。在相同反应温度下,由于不同有序度高岭石中的DMSO插层分子脱嵌速率不同,导致嫁接产物在嫁接程度上具有明显差异:有序度高,其嫁接程度高;反之,则嫁接程度低。     

对钻孔乳状液理论的几点认识

在实践中我们对钻孔乳状液的一些理论进行了初步研究,取得如下几点认识. 1.钻孔乳状液的润滑状态属于边界润滑钻孔乳状液多由分子间剪切强度低的油性添加剂(动物、植物、矿物有机酸盐)、基础油(动物、植物、矿物油)和水等组成.由于油性添加剂的非极性基与基础油相连,而极性基与钻具表面和裸孔表面形成多层(一般有效层为3～4层)密集定向排列的分子栅,即边界膜(吸附膜、反应膜)(图1),从而使钻具与裸孔表面间的摩擦状     

改性活性炭的制备及其对金吸附性能的研究

活性炭因具有良好的吸附性能而得到广泛应用,但其吸附能力有限。本文采用氟化氢铵和不同浓度硝酸(0~80%硝酸)对活性炭进行表面改性处理,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)、BET氮吸附法、Boehm滴定法对改性前后活性炭进行了表征分析,并比较了改性前后的活性炭对Au(Ⅲ)的吸附效果。结果表明:随着硝酸浓度的增加,改性活性炭的灰分、平均比表面积、孔隙容量、吸附孔径均有不同程度的降低,发达的微孔结构受到影响,表面性能降低不利于增加其吸附容量;但表面含氧官能团羟基、羧基数量均明显增加,活性炭的极性、亲水性、催化性能、表面电荷和骨架电子密度发生改变,对金属离子的吸附选择性和吸附能力有所提高。20%硝酸改性活性炭的平均比表面积、孔径容量、吸附孔径减小程度较低,酚羟基含量和含氧官能团总量分别却增加了168.3%、109.1%;用于吸附Au(Ⅲ)的回收率可达99.1%,较未改性的活性炭提高最大,金测定值的精密度好(相对标准偏差为0.6%~1.4%),准确度高。表征分析表明,改性活性炭对金的吸附是表面物理吸附和官能团化学吸附并存的过程,而且官能团化学吸附起主要作用。     

高岭石—聚丙烯腈夹层复合物的制备

作者通过XRD和IR等手段研究了高岭石－聚丙烯腈夹层复合物的形成过程。通过对高岭石／DMSO（二甲亚砜）、高岭石／乙酸铵等中间复合物的置换反应，成功地将丙烯腈单体引入高岭石层间。XRD谱表明高岭石层间被插入有机分子后，其层间距增大；IR谱显示有机分子与高岭石的外羟基可能以氢键的形式相互作用。在有引发剂的存在下，实现了丙烯腈单体在高岭石层间的聚合。     

有机插层蛭石对有机污染物苯酚和氯苯的吸附特性研究

分别应用溴化十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)和溴化十六烷基吡啶(HDPY)改性插层级石对苯酚和氮苯两种非离于型环境污染物进行吸附性能研究。结果表明，蛭石原矿对苯酚和氮苯的吸附能力很小，经表面活性剂处理后其吸附能力大大增强。有机插层级石对苯酚的吸附具有表面吸附特征，其吸附等沮线为Freundish型；而对氮苯的吸附实际上是氮苯在水相与有机级石中有机相之间的一种分配过程，其吸附等沮线为直线型。苯酚和氮苯的竞争吸附并末减弱有机蛭石对氯苯的吸附能力，反而由于它们同时存在产生协同效应，使有机插层蛭石对氯苯总的吸附能力有所提高。     

镁铝复合氧化物的水热转化机制

<正>水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O,HT)具有类水镁石的八面体结构层,层间二价阳离子部分被三价阳离子取代使得片层带有一定的负净电荷,由其层间可交换的阴离子以平衡。根据二价、三价金属离子以及层间阴离子的种类和数量的不同,可组成一类阴离子黏土(多金属复合金属氢氧化物)。焙烧-复原效应(又称"结构记忆效应")是水滑石最为独特的性质,指水滑石焙烧后形成的复合金属氧化物(LDO)在水溶液中会重新水合构筑形成水滑石结构。早在21世纪90年代,有学者发现在玄武岩玻璃(主要成分为