【摘 要】
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由于海泡石具有独特的孔道结构和优良的物理性能,从而被广泛应用于吸附剂、除臭剂、脱色剂、过滤辅料、橡胶填料、肥料悬浮剂、洗涤剂、土壤改良等方面,是工农业生产和日常生活中不可缺少的矿物原料。人们一般关注海泡石的物理性能和应用,而关于其力学性能的研究却鲜有报道。因此,本文选取海泡石为研究对象,运用分子动力学的方法,对海泡石的力学性能、离子和气体吸附性能进行了理论分析。本文主要内容如下:（1）建立了海泡石
【基金项目】
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湖南省自然科学基金青年项目（2019JJ50622）；
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由于海泡石具有独特的孔道结构和优良的物理性能,从而被广泛应用于吸附剂、除臭剂、脱色剂、过滤辅料、橡胶填料、肥料悬浮剂、洗涤剂、土壤改良等方面,是工农业生产和日常生活中不可缺少的矿物原料。人们一般关注海泡石的物理性能和应用,而关于其力学性能的研究却鲜有报道。因此,本文选取海泡石为研究对象,运用分子动力学的方法,对海泡石的力学性能、离子和气体吸附性能进行了理论分析。本文主要内容如下:（1）建立了海泡石的计算模型,通过分子动力学模拟计算得到了海泡石胞元的弹性常数、体积模量、剪切模量和泊松比等参数。模拟结果表明,随着孔道结构中的沸石水数目的增加,海泡石的抗拉压和抗剪切能力逐渐增强。吸附气体（NH3、H2S、SO2）会对海泡石的力学性能产生影响,体积模量和剪切模量有所增加,特别是吸附SO2后其力学性能参数明显增加;（2）理论分析了NH3、H2S和SO2三种气体在海泡石孔道中的分子结构特征和动力学行为,发现海泡石对三种气体均有一定的吸附能力,但是吸附机理有所不同,对三种气体的吸附能力SO2>H2S>NH3。在海泡石孔道中NH3与水分子的相互作用最强;H2S与水分子和孔道壁上的桥接O都有较强相互作用;而SO2与孔道壁上的桥接氧和Si原子相互作用较强,故吸附力较强且比较稳定。除此之外,H2S和SO2在海泡石孔道中都呈现出类似的环状结构分布;（3）实验表明海泡石具有一定的储能潜力,可以用作锂离子电池的电极材料。分子动力学模拟表明,海泡石表面的硅烷醇基团（Si-OH）提供了大量的活性位点,与碱金属离子（Li+、Na+、K+）形成稳定的离子键。海泡石对三种碱金属离子吸附能力存在差异,在海泡石表面的内圈吸附能力Na+>Li+>K+,外圈吸附能力K+>Li+>Na+。以Li+为例,酸性环境会抑制Li+在海泡石表面的吸附,溶液浓度较大时外加电场会促进离子吸附;在有机溶剂中,聚集的Cl-会形成小规模电场,与海泡石竞争对Li+的吸附,降低了海泡石的离子吸附能力。
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