应用分子动力学模拟和拉曼光谱对钙、镁、氯离子水化现象的研究

应用分子动力学方法,模拟了298 K下,密度为1.0 g/cm^(3)的水溶液中Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(-)的水化现象,得到了相应离子周围水分子的微观分布情况.发现在钙离子周围,水分子以其氧离子去靠近中心离子;而在氯离子周围,水分子则以其中的一个氢原子去靠近中心离子.通过分析三种离子的径向分布函数、配位数曲线、水化数、水化半径,发现Ca^(2+)的水化数和水化半径均大于Mg^(2+),即Ca^(2+)的水合能力比Mg^(2+)强.与以往研究结果相比,本文计算所得的自扩散系数更接近实验所得结果.为了使模型更好的代表真实水溶液体系,本文还应用分子动力学和拉曼光谱法研究了不同浓度的CaCl水溶液.分子动力学研究发现随着浓度的升高,CaCl溶液中Ca^(2+),Cl^(-)的配位数分别呈降低趋势.同时,随着浓度的升高,Ca,Cl^(-)的自扩散系数也呈现降低的趋势.作者推断这是由于浓度的升高,加剧了离子的微观反向运动造成的.拉曼光谱法研究发现随着水溶液中CaCl浓度的升高,溶液中的氢键网络结构受到了越来越严重的破坏,溶液中Ca^(2+)与Cl^(-)形成的直接接触离子对的数量开始大量增加.

硫酸钾溶液结构的X射线散射和Raman光谱的研究

钾是海水中的常量元素之一,硫酸钾水溶液结构研究有利于解释其溶解度的微观机理,从而为海水中钾盐的分离纯化提供理论指导。利用实验室改装的X射线衍射仪、上海同步辐射光源装置及拉曼光谱技术研究了不同质量分数的K_(2)SO_(4)水溶液的微观结构信息。由X射线散射数据处理得到的差值结构函数F(Q)可知,Q=2.5A^(-1)附近的一高一低双峰逐渐变成强度相当的两个峰,此处双峰与水溶液中的氢键网络结构有关;随着质量分数的增加,Q=5.0?^(-1)附近的峰位向坐标轴右侧移动。由G(r)可知,2.8A处峰随质量分数的增加有展宽趋势,主要受O—O相互作用影响。在拉曼光谱图中,位于3200 cm^(-1)附近的肩峰强度随溶质含量的增加逐渐降低,2800~3800 cm^(-1)范围内整体峰形变窄。拉曼光谱去卷积拟合的结果表明,K_(2)SO_(4)的加入破坏了水的四面体氢键构型,小幅促进了质子供体型氢键的形成。X射线散射和拉曼光谱的分析结果均说明K_(2)SO_(4)的加入破坏了原有的水分子四面体网络结构。

重金属在水泥窑协同处置的净浆硬化体中的分布及形态

通过欧共体标准物质局(European Community Bureau of Reference)提出的一种三级4步提取法(BCR),分析了垃圾焚烧飞灰和经水泥窑协同处置的净浆硬化体中重金属的分布和形态。探究了随水化反应的进行,其重金属形态转化的趋势。结果表明,重金属主要分布在氢氧化钙、水化硅酸钙(C-S-H)、钙矾石(AFt)和未水化的水泥熟料中。随着水化反应的进行,Zn、Cu、Cr、Cd和Mn皆有向迁移能力较强的形态转化的趋势,其中Cr和Cd的转化趋势较为明显。与垃圾焚烧飞灰相比,重金属通过水泥窑高温煅烧和水化反应,其迁移能力较强的形态占比明显减少。