Nghiên cứu sự trao đổi và hấp phụ các cation kim loại trên bề mặt kaolinite từ lý thuyết phiếm hàm mật độ

Tóm tắt

Trong nghiên cứu này các quá trình trao đổi và hấp phụ các cation kim loại được khảo sát sử dụng các tính toán theo các nguyên lý đầu tiên. Các kết quả thu được chỉ ra rằng, các sự trao đổi cation hầu như không thuận lợi, trong đó các vị trí Al³⁺ dễ thay thế hơn Si⁴⁺. Các cation kim loại được hấp phụ mạnh mẽ trên kaolinite ở cả hai mặt H-slab và O-slab. Kết quả tính tại phiếm hàm PBE, khả năng hấp phụ các cation kim loại giảm theo thứ tự Li⁺ > K⁺ > Na⁺ > Ca²⁺ > Al³⁺ > Fe³⁺ > Cr³⁺ > Mg²⁺. Đáng chú ý, sự xâm nhập vào cấu trúc tinh thể của kaolinite được phát hiện đối với Li⁺ và Mg²⁺ ở mặt H-slab cùng với sự hình thành tương ứng các liên kết mới Li-O và Mg-O. Trong khi đó, sự xen vào giữa các lớp kaolinite bởi các cation Ca²⁺ được phát hiện với sự hình thành các liên kết Ca-O với cả hai mặt H-slab và O-slab. Đối với Na⁺, K⁺, hay Cr³⁺, sự ưu tiên ở bề mặt O-slab trong quá trình hấp phụ. Trong khi đó, Al³⁺ và Fe³⁺ tạo sự tương tác tốt ở trên bề mặt H-slab. Các phân tích mật độ trạng thái và phân bố mật độ electron chứng tỏ sự hình thành các liên kết cộng hóa trị M-O trong quá trình hấp phụ. Hơn nữa, K⁺ được đề xuất như là sự bổ sung trên bề mặt kaolinite đối với các khảo sát xa hơn về hấp phụ và loại bỏ hiệu quả các hợp chất hữu cơ trong các môi trường.