分子动力学研究混合离子在云母/溶液界面的吸附行为及机理

【作者】 李沁谊； 杨刚；

【机构】 土壤多尺度界面与过程调控重庆市重点实验室西南大学资源环境学院；

【摘要】 不同离子在土壤矿物颗粒表面的竞争吸附一直是土壤学界以及界面化学研究中的重要内容。过去,在对蒙脱石表面的阳离子的竞争吸附的研究结果表明,同为二价离子的Pb～(2+),Cd～(2+)同时存在时,蒙脱石表面对Pb～(2+)的选择性增强,而Pb～(2+)的存在抑制了Cd～(2+)在蒙脱石表面的吸附;而Pb～(2+)和Cs～+同时存在时,蒙脱石对Pb～(2+)的选择性降低,Cs～+的选择性增强。蒙脱石是一种在土壤中非常具有代表性的八面体取代矿物,但另一些矿物的表面带电是来自于四面体层的同晶取代,这种结构的不同会导致界面上发生什么不同的效应,而这个效应又将如何影响到矿物表面对离子的吸附还并不清楚。矿物的结构对于离子吸附的影响机制一直以来都存在很多争议,例如虽然高岭石和云母都作为四面体层取代的矿物,但其对于单一离子体系的吸附选择性的趋势却不相同。云母作为在自然界广泛存在的四面体层取代矿物,且由于其表面十分规整的结构特性在界面研究中也是十分重要的一类材料。因此,本文将云母作为研究材料,利用分子动力学模拟的研究方法对在不同表面电荷量的云母表面混合离子的竞争吸附进行研究。研究表明,高电场下(0.32C/m～2):1.不同离子混合体系中的一价离子和二价离子都分别发生了内圈吸附,混合体系中半径较小的离子如,Na～+,Cs～+,Cd～(2+)出现在距离表面更近的位置;2.对于Pb～(2+),分别在和Cd～(2+),Na～+和Cs～+的共存体系中,不同一价离子和二价离子对Pb～(2+)在云母表面的吸附的影响几乎相同,三种体系比较,Pb～(2+)的吸附量在不同电荷比例的混合条件下的变化近乎相等;但在Pb～(2+)存在时,Cs～+的吸附量明显低于Na～+的吸附量;而Cd～(2+)的吸附量约为一价离子的一半。而低电场时(0.08 C/m～2),1.单一离子体系下Na～+和Cs～+出现少量内圈吸附,而Pb～(2+)和Cd～(2+)均未出现内圈吸附;2.在混合离子体系中,少量一价离子(Na～+,Cs～+)存在时,将促进Pb～(2+)在云母表面的吸附。更多还原