【摘 要】
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随着采矿、冶金、石油开采等重工业的发展,导致排放出大量的污染物,对环境造成严重的污染,针对日趋严重的环境问题,利用粘土矿物良好的吸附性能是治理目前污染源的有效途径之一。而蒙脱石具有比表面积大,空隙多,吸附性强等特点,其净化功能与活性炭相当。因此本文运用第一性原理的局域密度泛函理论（DFT）对蒙脱石的微观结构、力学性质、吸水特性及吸附重金属和无机物磷、氮进行计算模拟,所得的研究结果如下:（1）通过对
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随着采矿、冶金、石油开采等重工业的发展,导致排放出大量的污染物,对环境造成严重的污染,针对日趋严重的环境问题,利用粘土矿物良好的吸附性能是治理目前污染源的有效途径之一。而蒙脱石具有比表面积大,空隙多,吸附性强等特点,其净化功能与活性炭相当。因此本文运用第一性原理的局域密度泛函理论（DFT）对蒙脱石的微观结构、力学性质、吸水特性及吸附重金属和无机物磷、氮进行计算模拟,所得的研究结果如下:（1）通过对层间不含抗衡阳离子蒙脱石单晶体结构进行驰豫和电荷密度计算,发现Si-O键的强度要强于Al-O键,并且大量的电荷转移到氧原子周围。由于自然界的蒙脱石经常发生同类置换的现象,为了符合自然界的要求,本文以层间抗衡离子为Ca2+、Cs+来构建蒙脱石多晶体并计算,发现层间的抗衡阳离子的半径是影响晶格常数的重要因素,并且计算Cs、Ca蒙脱石bader电荷发现Ca2+损失的电子要比Cs+多,通过弹性常数的计算表明Ca蒙脱石抵抗变形的能力要强于Cs蒙脱石。（2）以Cs蒙脱石为例进行水分子的吸附特性研究,发现单个水分子在Cs蒙脱石001表面不同位置上具有不同的最佳吸附距离,单个水分子在距hollow位2.93（?）时,吸附能最小,吸附最稳定。除了表面吸附单个水分子外,本文还进行了蒙脱石层间吸附多个水分,发现蒙脱石随着层间水分子数量的增加是沿着c轴方向膨胀,并且层间水分子聚合程度较高,此外随着层间水分子数量的增加,Cs蒙脱石平行于晶面有关的弹性常数(C11、C22、C44、C12)变化幅度要明显大于垂直于晶面有关的弹性常数(C33、C55、C66、C13、C23)。（3）通过Cs、Ca蒙脱石结构在001表面、内部置换和间隙位三种吸附形式,分别对重金属Cd、Cr、Pb、Cu、Zn和两种无机物P、N进行吸附性研究,发现这些元素在Cs蒙脱石001表面吸附效果较好,并且表面吸附中最稳定的为重金属Cr和无机物N。在内部置换吸附中,吸附效果最好的为重金属Cr。另外重金属Pb、Cu、Zn只在Ca蒙脱石内部置换吸附会随着费米能级的移动降到负值,而这些元素难以被Cs、Ca蒙脱石间隙位置所吸附。
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