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La^(3+)/NH_(4)^(+)在双电层内交换过程中铵的吸附规律

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2762-2772页

作者：林福明安厚睿王观石彭陈亮江西理工大学土木与测绘工程学院赣州341000 江西理工大学理学院赣州341000 江西理工大学河流源头水生态保护江西省重点实验室赣州341000

离子交换反应过程中铵的吸附规律是浸矿剂用量计算的基础。以化学纯高岭土为吸附剂,以镧离子为吸附质,制备高岭土饱和镧矿样,采用不同浓度铵离子浸取矿样中的镧离子。结果表明:当铵离子浓度为1~5 mg/L时,铵只出现物理吸附;当铵离子浓度... 详细信息

离子交换反应过程中铵的吸附规律是浸矿剂用量计算的基础。以化学纯高岭土为吸附剂,以镧离子为吸附质,制备高岭土饱和镧矿样,采用不同浓度铵离子浸取矿样中的镧离子。结果表明:当铵离子浓度为1~5 mg/L时,铵只出现物理吸附;当铵离子浓度大于300 mg/L时,铵开始出现化学吸附;离子交换吸附开始时,铵离子吸附量为0.012 mg/g,双电层内ζ电势趋于0,滑动面与扩散层最外层几乎重合。通过铵的解吸实验,得到镧离子交换完全后,物理吸附态、离子交换态和固定态的所占比例分别为30%、65%和5%;铵的总吸附量与镧离子浸出量之间的摩尔比接近5∶1。此结果为高岭土作为主要黏土矿物的离子型稀土矿浸矿剂的用量计算提供理论依据。

关键词：离子型稀土矿离子交换反应物理吸附态离子交换态双电层

基于六水铝酸三钙的双电层调控从铝酸钠溶液中短流程脱除有机物

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第7期34卷 2354-2366页

作者：符振江刘桂华齐天贵申雷霆彭志宏周秋生王一霖房辉王永林中南大学冶金与环境学院长沙410083 龙口东海氧化铝有限公司龙口265713

从铝酸钠溶液中经济地脱除有机物是长期以来的研究重点。基于叶滤环节将六水铝酸三钙(TCA)作为助滤剂的工艺,提出一种短流程同时滤除杂质颗粒和吸附脱除有机物的新方法。在浓缩铝酸钠溶液中制备结晶度低、TCA含量高、表面能高、晶格畸... 详细信息

从铝酸钠溶液中经济地脱除有机物是长期以来的研究重点。基于叶滤环节将六水铝酸三钙(TCA)作为助滤剂的工艺,提出一种短流程同时滤除杂质颗粒和吸附脱除有机物的新方法。在浓缩铝酸钠溶液中制备结晶度低、TCA含量高、表面能高、晶格畸变大的超细TCA样品。同时,TCA样品在碱性溶液中的Zeta电位线性依赖于TCA含量,揭示二元混合物Zeta电位的可加性。描述在碱性溶液中TCA二元混合物双电层的演化规律。此外,超细TCA样品对长烷基链及高相对分子质量有机物具有较高的吸附容量,对腐殖酸钠的吸附容量可达69.69mg/g(以有机碳计),而高温溶出过程会显著降低TCA的吸附容量。

关键词：有机物脱除六水铝酸三钙铝酸钠溶液 Zeta电位双电层

La/ NH在双电层内交换过程中铵的吸附规律

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中国有色金属学报 2024年

作者：林福明安厚睿王观石彭陈亮江西理工大学土木与测绘工程学院河流源头水生态保护江西省重点实验室江西理工大学理学院

离子交换反应过程中铵的吸附规律是浸矿剂用量计算的基础。以化学纯高岭土为吸附剂，以镧离子为吸附质，制备高岭土饱和镧矿样。用不同浓度铵离子浸取矿样中的镧离子，当铵离子浓度为1～5mg/L时，铵只有物理吸附，当浓度大于300mg/L时... 详细信息

离子交换反应过程中铵的吸附规律是浸矿剂用量计算的基础。以化学纯高岭土为吸附剂，以镧离子为吸附质，制备高岭土饱和镧矿样。用不同浓度铵离子浸取矿样中的镧离子，当铵离子浓度为1～5mg/L时，铵只有物理吸附，当浓度大于300mg/L时，开始有化学吸附；离子交换吸附开始时，铵离子吸附量为0.012mg/g，双电层内ζ电势趋于0，滑动面与扩散层最外层几乎重合。通过铵的解吸实验，得到镧离子交换完全后，物理吸附态、离子交换态和固定态的占比分别为30%、65%和5%；铵的总吸附量与镧离子浸出量之间的摩尔比接近5:1。可为以高岭土为主要黏土矿物的离子型稀土矿浸矿剂用量计算提供理论依据。

关键词：离子型稀土矿离子交换反应物理吸附态离子交换态双电层

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致密储层表面双电层分子动力学模拟

断块油气田 2024年

作者：杨珊珊宁正福吕方涛油气资源与探测国家重点实验室中国石油大学(北京)

致密储层润湿性受储层表面双电层的微观影响深远，注CO2已成为致密油藏高效开发的关键技术，为探究致密储层提高采收率方法如何影响界面双电层特性以及对润湿性的影响，运用分子动力学模拟建立了致密储层表面双电层模型，探究313K、20MP... 详细信息

致密储层润湿性受储层表面双电层的微观影响深远，注CO2已成为致密油藏高效开发的关键技术，为探究致密储层提高采收率方法如何影响界面双电层特性以及对润湿性的影响，运用分子动力学模拟建立了致密储层表面双电层模型，探究313K、20MPa下致密储层表面双电层特征，进而研究了相同条件下超临界CO2在油水体系的传质作用以及在水岩界面的作用机制。分析结果表明：地层水中离子受不同静电作用影响，在岩石表面和体相中呈现不同浓度分布，离带电岩石表面越远，净电荷密度越低；超临界CO2扩散进入油相降低原油黏度，扩散至水岩界面产生黏附作用，CO2溶解使溶液中H+浓度增加，削弱了静电力，强氢键作用产生的范德华力和静电力的协同作用使水膜更稳定，增强了水润湿性。研究结果对致密储层微观理论发展意义重大。

关键词：致密砂岩双电层分子动力学润湿性

考虑离子尺寸效应的蒙脱石双电层中阳离子和电势分布研究

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有色金属科学与工程 2024年

作者：安厚睿彭陈亮林福明王观石龙平肖霞江西理工大学河流源头水生态保护江西省重点实验室江西理工大学土木与测绘工程学院江西理工大学理学院

离子型稀土浸出是一个双电层重新平衡的过程，而离子尺寸效应对双电层中阳离子和电势分布具有重要影响。本文基于Gouy-Chapman-Stern双电层模型，通过考虑离子大小对体系静电自由能所产生的影响，耦合了考虑离子尺寸效应的非线性Boltzm... 详细信息

离子型稀土浸出是一个双电层重新平衡的过程，而离子尺寸效应对双电层中阳离子和电势分布具有重要影响。本文基于Gouy-Chapman-Stern双电层模型，通过考虑离子大小对体系静电自由能所产生的影响，耦合了考虑离子尺寸效应的非线性Boltzmann方程与泊松方程(sPB)；利用该方程研究了离子尺寸效应对双电层中离子和电势的分布影响，结合经典Poisson-Boltzmann方程(cPB)的计算结果，与杯浸试验结果进行了对比分析。结果表明：NH4+和La3+在蒙脱土表面的吸附存在差异，蒙脱土对NH4+和La3+的饱和吸附量实验值分别为0.635 mmol/g和0.305 mmol/g。基于cPB方程，NH4+和La3+的计算吸附量分别是实际的17倍和11倍，而基于sPB方程，分别是～1.75倍和1.25倍。sPB方程所计算的Stern电势小于cPB方程的计算值，且sPB方程所计算的Stern电势随浓度的变化程度不大。离子水化作用对离子的吸附量和Stern电势的变化几乎没有影响。综上，考虑离子尺寸效应的sPB方程能更好描述双电层内阳离子和电势分布情况。

关键词：离子型稀土双电层离子尺寸效应阳离子分布电势分布

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石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

原子与分子物理学报 2024年 95-106页

作者：张倩蒋更平武汉科技大学理学院应用物理系

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱（a=0～6.6?）的石墨烯片,并运用分子动力... 详细信息

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱（a=0～6.6?）的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容（CA）始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

关键词：双电层石墨烯褶皱恒电势模拟方法

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双电层对碱矿渣胶凝材料氯离子传输的影响

建筑材料学报 2023年第9期26卷 949-954页

作者：张勇方宇迟徐轶扬夏雨杨政险福州大学土木工程学院福建福州350108

描述了碱矿渣胶凝材料固液界面的双电层特性,测试分析了不同氯离子浓度及表面活性剂掺量下的Zeta电位,阐明了双电层效应对氯离子扩散和吸附的影响机理.结果表明:碱矿渣胶凝材料的Zeta电位为负值,随着氯离子浓度的增大Zeta电位绝对值减小... 详细信息

描述了碱矿渣胶凝材料固液界面的双电层特性,测试分析了不同氯离子浓度及表面活性剂掺量下的Zeta电位,阐明了双电层效应对氯离子扩散和吸附的影响机理.结果表明:碱矿渣胶凝材料的Zeta电位为负值,随着氯离子浓度的增大Zeta电位绝对值减小;阳离子表面活性剂可使碱矿渣胶凝材料的Zeta电位转为正值,并提高氯离子吸附能力,减小有效氯离子扩散系数,而阴离子表面活性剂效果相反;碱矿渣胶凝材料孔隙表面双电层效应的改变可使氯离子吸附能力改变50%以上.

关键词：碱矿渣双电层氯离子传输表面活性剂 Zeta电位

平衡、非平衡、交流状态下电化学双电层建模的初学者指南

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电化学 2022年第2期28卷 4-33页

作者：张露露李琛坤黄俊中国科学技术大学化学与材料科学学院安徽合肥230026 中南大学化学化工学院湖南长沙410083 乌尔姆大学理论化学研究所德国乌尔姆89069

本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是***之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为一篇入门... 详细信息

本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是***之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为一篇入门级文章,我们尽可能详细地阐释理论模型的物理图像、假设、数学推导、形式分析、数值分析,并附上Matlab仿真代码。平衡状态下的模型包括Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型,Bikerman-Poisson-Boltzmann(BPB)模型,和非对称离子尺寸模型。我们强调GCS模型和BPB模型在处理离子有限尺寸上存在一个微妙的不同。GCS模型通过人为引入Helmholtz平面来考虑离子有限尺寸,但在Helmholtz平面内及弥散层内却依然采用没有考虑离子尺寸效应的Poisson-Boltzmann理论,因而此处的离子浓度可以无限大。与之不同,BPB模型通过格子气体方法,能够自洽描述离子有限尺寸效应。不同以往直接采用Poisson-Nernst-Planck方程描述EDL动态行为,我们从EDL的巨势出发,运用基本的泛函分析方法,推导了一个考虑离子有限尺寸的EDL动态模型。这一理论方法拓展性好。读者可以根据研究对象的需要,建立不同复杂度的EDL动态模型。最后,我们基于EDL动态模型,推导了EDL的电化学阻抗谱理论模型,以试图向读者展示如何从一个时域物理模型出发,推导相应的阻抗谱物理模型。读者若想要踏进理论电化学这个美丽的花园,根据我们自己学习和研究的经验,一个可行的方式是拿起纸和笔来开始推导本文所介绍的这些模型。

关键词：双电层平衡非平衡电化学阻抗谱物理建模

双电层作用下纳米通道内的离子传输及能量转换特性研究

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双电层作用下纳米通道内的离子传输及能量转换特性研究

作者：刘争广西大学

学位级别：硕士

生物细胞通过细胞膜上的离子通道不停地进行新陈代谢活动,与周围环境进行物质交换。受生物离子通道启发,仿生微纳流体器件在各个领域得到了广泛的应用。随着科学技术的进步,仿生智能纳米通道越来越多地被开发用于转换清洁能源,因为它们... 详细信息

生物细胞通过细胞膜上的离子通道不停地进行新陈代谢活动,与周围环境进行物质交换。受生物离子通道启发,仿生微纳流体器件在各个领域得到了广泛的应用。随着科学技术的进步,仿生智能纳米通道越来越多地被开发用于转换清洁能源,因为它们具有良好的可调几何形状和化学性质,其内部的离子传输及能量转换特性吸引了广泛的关注。基于此,本文利用数值模拟方法对纳米通道内的离子传输及能量转换特性进行了系统全面的研究。其主要内容如下:（1）建立重叠双电层纳米通道内的离子传输及流动传热模型,对其离子分布、电位分布、电导以及流动传热特性进行研究。结果表明,溶液浓度依赖性的表面电荷和边界滑移显著影响了离子传输、电导和速度分布,进而影响纳米通道内的流体行为和传热。此外,对双电层重叠时的离子传输特征进行了详细地物理机制分析。（2）建立了非对称双层纳米通道中的离子传输模型,比较了四种类型双层纳米通道的离子整流性能。结果表明,仅存在非对称几何不能诱导离子整流,表面电荷的存在是必要的。此外,当左纳米孔施加负表面电荷、右纳米孔施加正表面电荷时,其具有最好的离子整流性能,并且通过调节表面电荷密度、几何参数和离子浓度可以进一步提高离子整流性能:离子整流比值随着表面电荷密度的增加而增加;当双层纳米通道的总长度固定时,离子整流比值随着左侧纳米孔长度的变化存在一个最优值;此外,低离子浓度有助于提高离子整流性能。（3）构建了压力与温差作用下的离子传输及能量转换模型。全面研究了三种电边界条件下的能量转化性能差异、以及温差作用下的纳米通道功率输出性能。结果表明,在三种不同的电边界条件下,能量转换性能表现出明显的偏差。在低和高溶液浓度/p H下,输出功率减弱,存在一个优化的溶液浓度/p H。在温差作用下,由于离子的迁移能力增强及流体粘度降低,其输出功率得到显著提升。在进一步研究soret效应和粘性耗散效应对纳米通道发电的影响时,发现soret效应对离子传输起着重要作用,而粘性耗散效应可以忽略不计。（4）建立了锥形纳米孔中离子传输与能量转换多物理场耦合模型,深入研究了锥形孔方向、温差方向以及大小对离子传输及能量转换性能的影响。结果表明,正负温差在研究范围内均提高了输出功率,且负温差对输出功率和能量转换效率的增强比正温差更显著。在对温差效应的进一步研究中发现,随着温差的增加,电流、扩散电位和输出功率等能量转换特性显示出近似线性的热响应特征。此外,在浓差和温差作用之间发现了一个有趣的竞争机制,它决定了锥形纳米孔的优先方向,以获得更好的输出性能。

关键词：纳米通道双电层离子传输能量转换纳流体器件