钠基蒙脱土对水分子吸附机理的第一性原理计算

钠基蒙脱土吸水膨胀是造成深部巷道中软岩膨胀的主要原因。为了解决钠基蒙脱土吸水膨胀带来的工程安全问题,本文基于量子力学的第一性原理,利用材料模拟软件VASP计算模拟钠基蒙脱土对水分子吸附的机理,并研究吸附能、弹性常数与吸附量之间的关系。计算结果表明:钠基蒙脱土层间吸附水分子之后,体积主要是沿着c轴方向膨胀,体系吸附能与吸水量总体成线性正相关的关系。随着钠基蒙脱土层间水分子吸附量的增多,弹性常数C_(11)、C_(22)、C_(33)大于其他弹性常数,且C_(33)明显大于C_(11)、C_(22)。此外,钠基蒙脱土的体积模量B、剪切模量G、杨氏模量E都随吸水量的增加而减小。该计算结果为解决钠基蒙脱土相关的工程安全问题提供了理论指导。

钠基蒙脱土吸附二氧化硫的第一性原理计算

为了探索黏土矿物对污染气体的吸附作用,以钠基蒙脱土吸附二氧化硫气体分子为例,基于量子力学的第一性原理方法,利用VASP软件模拟计算钠基蒙脱土对SO_(2)气体分子的吸附机理,得出了吸附能、弹性常数与SO_(2)吸附量的关系。结果表明:在表面吸附过程中,钠基蒙脱土的top位和bridge位是SO_(2)气体分子的稳定吸附点位,SO_(2)分子被吸附后其S—O键长从1.78?减小到1.44?,O—S—O键角从119.50°减少到115.31°,而蒙脱土模型的原子键长没有明显变化;在层间吸附过程中,随着SO_(2)分子吸附量的增加,吸附能逐渐减少,蒙脱土模型的体积和c轴方向与SO_(2)吸附量成线性。弹性常数的计算结果表明,随着SO_(2)分子吸附量的增加,蒙脱土弹性常数C_(33)的变化幅度最大,降低了142.27 GPa。钠基蒙脱土结构的体积模量、剪切模量和杨氏模量都随着SO_(2)分子吸附量的增加而减少。