盐水溶液中离子聚合特征与复盐形成机理的理论研究

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1、学校代号10532学号S151101000分类号密级硕士学位论文盐水溶液中离子聚合特征与复盐形成机理的理论研究学位申请人姓名蔡后琴培养单位化学化工学院导师姓名及职称易海波副教授学科专业物理化学研究方向超分子功能材料与计算化学论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S151101000密级：湖南大学硕士学位论文盐水溶液中离子聚合特征与复盐形成机理的理论研究学位申请人姓名：蔡后琴导师姓名及职称：易海波副教授培养单位：化学化工学院专业名称：物理化学论文提交日期：2018年5月25日论文答辩日期：2018年5月25日答辩委员会主席：余刚教授Theoreticalstu

2、dyontheionaggregationincharacteristicsandthemechanismofdoublesaltformationinsalinesolutionsCAIHouqinB.S.(ZhengzhouNormalUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicalChemistryintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfes

3、sorYIHaiboMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下独立研究所取得的科研成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和接阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

4、以采用影印、缩影或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密，在年解密后使用本授权书。2．不保密（请在以上相应方框内打“”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I硕士学位论文摘要锂在电池、玻璃、陶瓷、光电行业等的广泛应用使得对锂的需求急剧增加，而锂资源主要是来源于含锂丰富的盐湖海水以及地下卤水。然而这些盐湖中的Mg/Li比率极高，且由于镁锂的性质很相似，导致从这些盐湖中提取锂变得相当困难。因此研究如何经济有效地实现镁锂分离具有重要的意义。一种值得考虑的思路是先在高Mg/Li比的盐湖卤水形成镁锂复盐，再进一步实现镁锂分离。为了弄清楚形成复盐的微

5、观结构特征与成核结晶机理，因此本文结合密度泛函理论(DFT)和经典分子动力学(MD)方法研究MgCl2和MgCl2−LiCl水溶液中离子聚集特征，通过比较MgCl2和MgCl2−LiCl水溶液中离子聚集特征，从微观角度初步揭示镁锂复盐的成核结晶机理。研究结果表明，在MgCl2和MgCl2−LiCl水溶液中，溶剂分离的Mg−Cl和接触缔合的Mg−Cl团簇均存在于溶液中。随溶液浓度升高，溶剂分离的Mg−Cl结构发生了明显的进一步团聚。在浓溶液中，溶剂分离的SSMg−Cl团簇缔合特征与MgCl2·6H2O晶体单元的骨架有点相似。而接触缔合Mg−Cl物种进一步的聚合趋势不明显，因

6、而接触缔合Mg−Cl结构可能导致形成亚稳态或者形成过饱和溶液。由于溶剂分离的Mg−Cl团簇在溶液中离子交换比较频繁，因而从微观角度也可以推知溶液中MgCl2水合物的成核结晶是经典成核结晶过程。虽然Mg−Cl缔合作用强于Li−Cl缔合，但是在极低Mg/Li比的MgCl2−LiCl卤水中，Li−Cl缔合开始起主导作用，Li−Cl缔合趋势明显增强，而且接触缔合Mg−Cl物种广泛分布在溶液中，从而阻碍MgCl2·6H2O晶体的形成。因此，极低Mg/Li比的MgCl2−LiCl混合溶液中的离子团聚特征有利于LiCl溶液的成核结晶。溶剂分离的Mg−Cl混合团簇的演化过程显示溶液中全是

7、溶剂分离的Mg−Cl混合团簇。Mg2+都是6个水与其直接配位，Cl−在第二壳层，Li+与这些Cl−直接缔合，这种特征与LiCl·MgCl2·7H2O复盐晶体单元非常类似。通常，在较高Mg/Li比的MgCl2−LiCl混合溶液中，Mg−Cl的缔合趋势强于接触缔合Li−Cl的缔合趋势，因而溶液中析出MgCl2·6H2O晶体。但是在这种相对较低Mg/Li比的MgCl2−LiCl混合溶液中，溶剂分离Mg−Cl的缔合趋势和接触缔合Li−Cl的缔合趋势是一致的，这可能复盐形成的关键因素之一。碳酸钙在地质科学和生物矿化过程中起着很重要的作用