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黏土矿物是表生土壤、沉积物、碎屑岩结晶颗粒表面的常见矿物,常与地质流体处于共存状态。离子–水–黏土矿物的相互作用影响着表生环境的流体组成、元素输运、土壤有机质分馏和沉积物的力学特性等。通过分子动力学模拟认识离子在黏土矿物–流体界面的分布,是揭示黏土矿物参与离子地球化学循环过程的基础。以白云母为研究对象,使用分子动力学模拟和热力学计算方法,分析了白云母–碱金属盐溶液界面的离子吸附结构和静电作用特性。研究发现Na+离子在白云母表面形成了两个内球络合吸附层, K+、Cs+离子仅形成一个内球络合吸附层。内球络合吸附层外可以形成多个外球络合吸附层,表现为离子的层状吸附结构。增大盐浓度没有改变同种离子的吸附结构,仅改变吸附层分布的大小。定量对比了使用伞状采样方法计算的离子吸附自由能曲线和基于离子密度分布得到的自由能曲线,二者总体一致,基本确证了模拟采样的充足性。研究表明界面流体不能视为均一的介电环境。 相似文献
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矿物表面活性是矿物表界面反应中一个重要的指标性参数。如矿物溶解和晶体生长、矿物表面吸附和表面络合反应、矿物表面氧化还原和催化反应,都与矿物表面活性相关。甚至生物矿物界面作用过程中,常用到矿物表面反应性氧基(ROS),其释放能力也与矿物表面活性密切相 相似文献
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黏土矿物对软土结合水特征及力学性质的影响尤为重要,但国内研究多侧重于宏观物理力学性质层面。在微观层面探讨黏土矿物对软土工程性质的影响为此研究重点,利用X射线衍射仪(XRD)测得各地软土的矿物成分,并用同步热分析仪对各地软土进行热重分析(TG)和微商热重法分析(DTG)。试验结果显示,软土的黏土矿物含量与其吸附水含量正相关,其中蒙脱石含量对软土吸水性影响巨大;软土的TG与DTG曲线与其所含黏土矿物类型、含量有关,失重曲线在一定程度上可以体现软土中黏土矿物类型,DTG曲线中的失重谷对软土中的矿物类型起到一定的指示作用。 相似文献
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黏土矿物具有特殊的层状结构与吸附性强、表面活性高、层间可交换阳离子丰富等理化特征,已被广泛应用于工业材料制造及环境修复等领域。而在医学领域,传统抗生素的滥用导致细菌的耐药性不断增强与全球流行,引发医学界对于现存抗生素有效性的担忧,开发新型杀菌药物迫在眉睫。尽管历史上已有黏土矿物缓解伤口脓肿、治疗消化不良及关节炎等病症的记载,现代分析技术的进步才使得研究者能够对黏土矿物及其杀菌机理进一步研究,从而深入挖掘其作为抗菌药物的潜在医学价值。近年来,国内外研究学者先后报道了黏土矿物自身广谱的杀菌能力,并指出其杀菌活性与矿物溶出的金属离子、其片层结构中赋存的活性铁、黏土表面带电性以及产生的活性氧基团(reactive oxygen species, ROS)等相关。另一方面,黏土矿物作为药物分子载体,可以增强杀菌药物的物理性能与杀菌活性,被广泛用于制备复合杀菌材料。本文综合近年来国内外研究团队对医药黏土的杀菌能力、过程与机理研究,探讨常见黏土矿物具备杀菌活性的必要条件与共性特征,简述黏土矿物作为有效载体所制备的杀菌材料,指明当前医药黏土矿物研发过程中存在的问题,为今后医药黏土研发提供些许建议。 相似文献
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近红外光谱(NIR)技术具有测试快速、准确和对样品无接触、无损害等诸多优点,因而被广泛应用于材料科学、医学和地球科学等众多领域。在地质学和行星探测领域,近红外光谱常用来原地和遥感识别星球表面矿物组成、分布及相对含量等信息。近红外光谱对含有羟基和水的矿物,特别是黏土矿物有更强的响应,而黏土矿物主要的生成条件和矿物物化性质使其常常以岩石矿物表面覆层形式广泛存在于地表环境中。在实际测试过程中,覆层形式存在的黏土矿物极有可能会对探测目标区的岩石矿物含量和赋存状态等信息产生干扰,其干扰程度和机制尚不十分清楚。为此,本研究针对性地考察了黏土矿物覆层对矿物表面近红外光谱测试的影响。选用绿脱石、绿泥石、高岭石和伊利石4种代表性黏土矿物,覆层的厚度分别设计约为30、10、2和1μm;基体矿物选取角闪石、钾长石和石英为代表。实验结果表明,在位于2100～2370 nm处的近红外光谱吸收波段,不同厚度的黏土矿物覆层均会不同程度地影响基体矿物的反射光谱特征,导致在遥感探测过程中无法准确地获取其光谱信息,且随着覆层厚度增加,基体矿物信息被湮没的程度加剧。与富铁黏土矿物(绿脱石和绿泥石)相比,富铝黏土矿物(高岭石... 相似文献
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黏土颗粒形态不仅反映黏土的矿物组分，更是影响其物理力学性质的重要因素之一。为了研究物质组成对软黏土微宏观性质的影响，采用离散元方法对不同颗粒形态的软黏土试样进行三轴压缩模拟试验。首先，基于扫描电镜图像量化颗粒形态，对天然状态下黏土颗粒的方向角和凹凸度进行统计，引入球度和凹凸度作为颗粒形态的特征参数；然后，基于原生矿物的单粒结构和黏土矿物的片状结构特征，构造球体单粒及圆柱体、正方体、长方体的片状簇体；最后，基于三轴试验离散元模拟方法，分析软黏土颗粒形态对其宏观力学及微观特性的影响。结果表明:片状颗粒试样比球体颗粒试样的初始模量高，抗剪强度大，随加载其排列趋于水平向分布；加载初期，颗粒球度对初始弹性模量影响较明显，初始弹性模量随着球度增大而逐渐减小；加载后期，颗粒凹凸度对抗剪强度指标影响作用逐渐凸显，试样内摩擦角和黏聚力随着凹凸度增大而逐渐减小；微观结构上，颗粒形状对颗粒位移和旋转也有较大影响。 相似文献
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红色黏土在黏土化过程中,经历了铁、铝质矿物的累积与盐基成分的淋失,表现出高液限、高含水率、高塑性、分散性等特殊物理力学性质。对三峡库区不同深度、高程点、风化程度的红色黏土开展了物理、力学性质实验,并采用X-衍射实验、化学全分析、环境扫描电镜等微观实验手段,分析了红色黏土的物相结构特征,探讨了巴东组残积红色黏土的宏观、微观物性特征及其规律。研究结果表明,红色黏土的物理、力学性质沿水平与深度方向均表现出规律性,其母岩类型、风化程度、矿物组成及结构、粒度特征是影响这一规律的主要因素。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>泥质沉积物(岩)在现代及古代地层都广泛发育,且富集有机质,因而,开展有机-无机相互作用研究对于认识泥质沉积物(岩)沉积过程、有机质富集过程和演化以及油气的勘探开发都具有重要的意义。泥质沉积物(岩)由无机矿物和有机质组成。无机矿物包括碎屑(石英和长石等)、黏土矿物(蒙脱石和伊利石等)、非黏土矿物(氧化物及方解石和白云石等);碎屑颗粒具有较强的惰性,而黏土矿物和氧化物等都含有电荷及较强的化学活性,不同类型矿物的性质差异较大,具有较完善的演化系列。有机质来自于生物 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
目前黏土矿物的理论研究,主要还停留在研究矿物在环境变化影响下的结构变化。为了提高黏土矿物的产品附加值,人们开始关注黏土矿物的深加工改性与综合利用。关于黏土矿物表面和本征结构改性的计算模拟在国内外已经初步展开,但仍有待深入研究[1-2]。如何有效地结合理论和实验研究,阐明黏土矿物功能化后的结构与性能变化,是矿物材料的一个研究重点。课题组通过系统分析黏土矿物功能化过程中铝、硅骨架的改变程度,研究探讨铝硅酸盐及其衍生产物在表面改性和本征改性下的几何结构和电子、光学性能变化。以Sb2S3/二氧化硅纳米管表面结构的理论模型为例,通过DFT计算研究了功能纳米颗粒在有机功能化黏土矿物表面负载的界面机理[3],研究了功能化前后几何结构与电子结构的变化及纳米颗粒尺寸效应的影响、硅氧四面体外表面嫁接巯丙基在吸附纳米颗粒中起到的作用,发现当杂化纳米复合物各个组分的电子结构发生显著杂化,其主要光学性能由负载的纳米颗粒的电子结构决定,并证实了从功能颗粒到矿物基体的电荷转移,且DFT计算得到的电子结构信息将有利于未来对这类复合材料的原子尺度研究,可为以功能化黏土矿物表面结构为多功能基体合成功能特性可调的纳米复合材料提供理论借鉴。结合DFT计算,研究了由凹凸棒石为硅源制备的Au/Al-MCM-41的电子结构和光学性能,以及金和Al-MCM-41基体的相互作用,发现所制备材料相对于Au-MCM-4l材料的吸收边蓝移源于黏土矿物中的Al源的电荷补偿效应[4]。在研究埃洛石制备含铝介孔二氧化硅管的过程中铝脱除过程和硅缩聚过程的原子结构变化时,结合实验表征及DFT计算,发现NMR谱随硅氧结构变化的总体趋势与一般经验规律相似,即与Q3结构成键的Al越少则NMR化学位移数值越低[5]。课题组正在开展的研究工作主要集中在黏土矿物脱Al后氢键重构作用下Si原子附近局域产生的结构形变,分析负载埃洛石表面的局域结构和电子性能变化,以期深度解析埃洛石表面功能化后Al原子与负载原子的电荷转移,以及埃洛石基体和表面负载的纳米功能颗粒的电子转移规律,为矿物基复合功能材料的性能提升提供思路。 相似文献
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矿物成分对软黏土流变性质影响的试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用改进的直剪蠕变仪,对矿物成分及其含量对软黏土流变性质影响进行试验研究,在相同试验条件下完成了3组含高岭土、膨润土不同百分比试样流变性质的测试。测试结果表明,矿物成分及其含量是影响软黏土流变性质的重要因素之一,土体的黏滞系数随黏土矿物含量的增加而减小,即流变变形阻力随黏土矿物含量的增多而减小。试验结果分析认为,黏土矿物通过颗粒表面的结合水影响土的流变性质,其中强结合水是土体产生流变的主要因素,而弱结合水则是相对次要因素。试验结果有助于进一步认清土体流变的起因,对改进和完善现有流变变形计算理论有一定指导意义。 相似文献
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采用凝固过程中的混凝土模拟不同物理力学特性的锚固介质,用数值模拟和试验的方法研究了锚固锚杆中的波系及锚固锚杆中界面波的形成过程。数值模拟和试验模拟都表明随着锚固介质力学性质的改变锚杆中传播的波的特性发生改变。锚杆中传播的P波对锚固介质的力学特性非常敏感,随着锚固强度的增加,界面波产生,P波逐渐衰减消失。锚杆中传播的波由原来的P波占主导成为界面波占主导,波在锚固段的传播速度也由杆速度成为界面波波速。界面波的波速与锚固介质的力学性质相关,因此可以用界面波的波速来评价锚杆锚固质量以及计算锚杆锚固段长度。 相似文献
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In this research, the interfacial energy is taken into account in the deformation work for unsaturated soils. Based on porous media theory, the thermodynamic balance equations for each phase and the interface are used to derive the work input for unsaturated soils. The work input equation serves as the basis and starting point for the choice of stress state variables, based on which the conjugate stresses and strain increments are derived. The influences of the interfaces on the effective stress and the constitutive law for the liquid phase are then discussed based on the work input equation. The effective stress can be expressed as Bishop's type, and the effective stress parameter is shown to be a function of both the degree of saturation and the interfacial area. The constitutive law for the liquid phase under dynamic condition is also presented. The relationship among interfacial area, saturation, and capillary pressure is proposed to calculate the value of the effective stress. Experimental data obtained from literature are used to validate the proposed model equations. Results show that our findings are in accordance with the existing research. Unlike the phenomenal study, our research has a rigorous theoretical basis, which lays a foundation for further research of unsaturated soils considering the interfacial effects. 相似文献
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文章通过对醇类物质参与下的碳酸钙成核过程进行研究，探讨生物流体中常见的羟基对矿物物相以及界面能的影响。研究结果表明多羟基醇有利于亚稳定球文石的形成，醇的加入会增加方解石和球文石的界面能，醇的羟基定向吸附造成的吸附位密度降低是提升矿物界面能最可能的机制，而溶剂氢键数量决定了碳酸根的自由度，有利于对称度低且CO32 - 不平行的球文石形成。水和乙醇—水体系氢键作用弱，界面能低的方解石物相成为热力学优势物相。研究结果凸显了生物成矿流体受羟基影响强烈，通过控制流体中羟基物质含量，生物体可以完全掌控碳酸钙物相的形成部位，加深了对生物成因碳酸钙形成过程的理解。 相似文献
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锆石晶体测量后,用面角公式计算相邻两晶面面角值来标定晶面符号是一个探索性的方法。锆石晶面符号这一测定方法的论证,也为不同成因的同种矿物对应面夹角的对比,提出了新的研究课题。 相似文献
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Numerical simulations of diffusion‐controlled nucleation and growth of garnet porphyroblasts in regionally metamorphosed rocks constrain interfacial energy and rates of nucleation and Al intergranular diffusion. The 13 rocks analysed in this study were collected from seven localities exhibiting a diverse range of crystallization conditions. Kinetic parameters governing nucleation and intergranular diffusion were adjusted iteratively to achieve fits between simulated and natural porphyroblastic textures. Model fits were assessed primarily from textural characteristics precisely measured by high‐resolution X‐ray computed tomography. Interfacial energy for heterogeneous nucleation ranges from 0.007 to 0.255 J m?2 for the sample suite, assuming shape factors in the range 0.01–1.0. Nucleation rates change through space and time due to growth and impingement of Al depletion zones surrounding porphyroblasts. In some models, the overall rock‐wide nucleation rate rises steeply, achieves a steady state, and then falls rapidly as reactants are consumed; in others, the steady state is not achieved, but instead the rate simply peaks before falling. Maximum rock‐wide nucleation rates range from 10?14.7 to 10?10.7 nuclei cm?3 s?1, and maximum local rates range from 10?13.7 to 10?9.7 nuclei?cm?3 s?1 depending on Al supersaturation. Diffusive fluxes of Al are well constrained by the simulated textures, but rates of intergranular diffusion are subject to uncertainties in Al solubility and interconnected porosity. Best estimates of Al diffusivities at 600 °C span 10?12.3 to 10?10.5 m2 s?1 for the sample suite, a narrow range considering natural variability and the uncertainties in solubility and porosity. Eliminating some models suspected of higher uncertainty for these quantities yields diffusivities at 600 °C near 10?11.0 m2 s?1, with dispersion of less than half an order of magnitude. These simulations, which are among the first attempted for regionally metamorphosed rocks, emphasize that: (i) nucleation rates vary markedly in time and space during crystallization; (ii) nucleation extends well beyond equilibrium conditions; (iii) Al diffusivity likely varies over only a narrow range across common metamorphic circumstances; and (iv) better determinations of both Al solubility and interconnected porosity are needed to constrain rates of Al intergranular diffusion more precisely. 相似文献
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O. Coussy 《国际地质力学数值与分析法杂志》2007,31(15):1675-1694
This paper aims at revisiting the constitutive equations of unsaturated porous solids at the light of a Lagrangian saturation concept. By referring the currently wetted porous volume to the reference configuration, the Lagrangian saturation is the state variable associated with the interfacial energy changes only, irrespective of the elastic energy required for deforming the solid matrix. The Lagrangian saturation concept provides the basis of a generic approach to the theory of poroelastoplasticity in unsaturated conditions. We successively examine the case where the saturating fluids occupy disconnected networks and the case where the networks are connected so that the saturating fluids can invade the porous solid or recede from it. The analysis provides the restricted situations where the averaged pore pressure may play the role of an effective pore pressure. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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钾长石在碱性流体蚀变过程中会形成层状铝硅酸盐等矿物,前人对其反应机制和反应产物进行了研究,但缺乏微观尺度尤其是纳米尺度的探讨。因此,作者对钾长石在极端碱性条件下(190℃,24h,初始p H=12.4)的蚀变机制及其蚀变产物层状硅酸盐托贝莫来石的显微结构开展了纳米尺度的研究。X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、能量色散光谱等观测结果显示,钾长石在碱性条件下水热蚀变所得到的产物主要为托贝莫来石、水钙铝榴石和方解石。高分辨率的透射电镜结果表明,在钾长石与次生矿物相的界面形成了纳米级的多孔非晶质层,且在空间上表现出结构的不连续性。界面溶解-再沉淀(CIDR)机制很好地解释了钾长石与次生矿物相界面的空间不连续性和非晶质层的形成。对蚀变产物中纤维状的托贝莫来石晶体进行显微结构表征,结果表明托贝莫来石的孔隙直径为0～160nm,平均孔径约为40nm;其构成的纳米孔隙和通道有利于增加周围流体中离子和气体的溶解度,并可能会影响局部化学平衡。这为层状铝硅酸盐作为自然界以及工业吸附材料和催化剂的更广泛应用提供了重要依据。 相似文献