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电气石的表面吸附与电极反应研究

汤云晖  
【摘要】: 应国家自然科学基金项目(No.40172104)——电气石的自发极化机理及其环境净化研究的要求,本文在广泛收集信息资料的基础上,确立了以电气石的电极性为研究方向。 通过吸附实验、pH变化实验、负离子测试及物理特性测试(傅立叶转换红外光谱(FTIR)、X射线光电子谱(XPS)、X射线单晶衍射及粉晶衍射(XRD)、扫描电镜(SEM))等测试方法,对电气石的吸附作用机制与电极反应机理进行了分析与探讨,以及表面电性及晶体内荷电状况变化对吸附、电极反应的影响进行了研究。 论文测定了两种电气石的晶体结构,再一次证明了电气石的极性结构,表明发生在Y位的类质同象替代是影响晶体内荷电状况的主要因素。 论文首次提出电气石对气体分子CH_4、H_2O、CO_2的吸附为晶体内吸附,吸附量明显与比表面积无关。CO_2的吸附有两种形式:六元环孔隙吸附与表面极性吸附,吸附表现出在两种形式之间的切换,反映了CO_2对体内电荷的平衡作用。 电气石对重金属离子、酸根离子的吸附,表现出为一般矿物的表面吸附作用(表面络合作用、静电作用及氢键作用)与极性吸附的结合。极性吸附的作用在于吸引溶液中的带电离子、使之达到一定的浓度而能结晶析出。矿物的表面吸附表现出受到表面电性及晶体内荷电状况的影响。 研究过程发现,在水溶液中,电气石表现出强的还原性:表面金属离子解离使晶体表面带负电荷、为电极反应提供了电子,可使重金属离子还原为原子、H~+离子还原为氢气。电极反应发生的重要条件是水,表面状态的改变会引起反应速度发生变化,表面金属离子解离、对H~+离子的吸附,是反应发生的先决条件。 论文证实了电气石确实具有永久性电极,并针对目前宣传的电气石的无限重复使用性,进行了探讨。 对电气石的负离子产生性能,进行了初步的研究,并认为也是电极反应的结果。


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