離子交換是自然界中一個非常重要的物理化學(xué)過程,它影響著土壤等帶電顆粒表面性質(zhì)、顆粒間相互作用、團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及雙電層結(jié)構(gòu)等,進(jìn)而影響到眾多的微觀過程及宏觀現(xiàn)象。離子交換已經(jīng)成為很多學(xué)科（包括土壤學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)以及生物學(xué)）的重要研究內(nèi)容而受到普遍關(guān)注。各學(xué)科研究體系中大都存在大量的納米／膠體帶電顆粒。帶電顆粒表面帶有大量的電荷,這些電荷在顆粒表面附近能夠形成很強的電場（108V/m量級）。吸附在雙電層中的反離子就處于此強電場中,其外層電子云的量子漲落必然受到強電場的誘導(dǎo)作用而發(fā)生極化,極化后的反離子本身也會屏蔽該處的電場,這種離子因量子漲落而產(chǎn)生的極化與表面電荷產(chǎn)生的強電場之間的相互作用簡稱為“電場-量子漲落”耦合作用。由于離子間外層電子排布的差異,在電場中的極化作用不同。這種極化差異必然導(dǎo)致固／液界面上離子間交換吸附能力的差異。遺憾的是,目前所有的理論都只是從離子大小水化作用、色散力（量子漲落）等效應(yīng)來解釋離子界面行為的差異,而忽略了顆粒表面強電場的事實,使得現(xiàn)有理論不能解釋很多物理學(xué),生物學(xué)中的實驗現(xiàn)象。已有的離子交換平衡模型如化學(xué)反應(yīng)模型、Donnan平衡模型以及經(jīng)典的雙電層模型... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 文獻(xiàn)綜述
    1.1 雙電層理論的發(fā)展
        1.1.1 Debye-Huckel理論
        1.1.2 Gouy-Chapman理論
        1.1.3 Stern理論
        1.1.4 雙電層理論的新進(jìn)展
    1.2 離子交換平衡的一般理論
        1.2.1 基于化學(xué)反應(yīng)的離子交換平衡
        1.2.2 基于物理化學(xué)過程的離子交換平衡
        1.2.3 基于雙電層的離子交換平衡
        1.2.4 離子交換平衡新進(jìn)展
    1.3 離子交換平衡中Hofmeister效應(yīng)的經(jīng)典解釋
        1.3.1 離子大小與水合作用
        1.3.2 離子極化
    1.4 小結(jié)
第2章 緒論
    2.1 選題依據(jù)
    2.2 研究目標(biāo)
    2.3 研究內(nèi)容
    2.4 材料與方法
        2.4.1 非線性Poisson-Boltzmann方程的理論研究
        2.4.2 實驗設(shè)計
        2.4.3 離子交換平衡實驗材料與方法
        2.4.4 表面性質(zhì)聯(lián)合測定中的材料與方法
    2.5 技術(shù)路線
第3章 Poisson-Boltzmann方程的校正：離子間相互作用和離子空間位阻
    3.1 理論
    3.2 結(jié)果與討論
        3.2.1 離子空間位阻效應(yīng)對表面電位的影響
        3.2.2 離子體積與離子間相互作用對雙電層中離子分布的影響
    3.3 小結(jié)
第4章 混合電解質(zhì)體系下Poisson-Boltzmann方程的解析解
    4.1 不同一價與二價離子混合體系下PB方程的解析解
        4.1.1 1：1+2：1混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
        4.1.2 1：1+1：2混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
        4.1.3 1：1+2：2混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
        4.1.4 2：1+1：2混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
        4.1.5 2：1+2：2混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
        4.1.6 2：2+1：2混合電解質(zhì)下PB方程的解析解
    4.2 雙電層中一價與二價離子兩兩混合電解質(zhì)體系下的濃度分布
    4.3 小結(jié)
第5章 混合電解質(zhì)體系中表面電位與離子在本體溶液與雙電層中分配的關(guān)系
    5.1 基于非線性PB方程的表面電位
        5.1.1 1：1+2：1型混合電解質(zhì)
        5.1.2 1：1+1：2型混合電解質(zhì)
        5.1.3 1：1+2：2型混合電解質(zhì)
        5.1.4 1：2+2：1型混合電解質(zhì)
        5.1.5 2：2+2：1型混合電解質(zhì)
        5.1.6 2：2+1：2型混合電解質(zhì)
    5.2 考慮離子極化的表面電位
    5.3 小結(jié)
第6章 基于Na/Ca交換的離子交換平衡新理論
    6.1 基于庫侖力的離子交換選擇系數(shù)
    6.2 Ca/Na交換中的強Hofmeister效應(yīng)
    6.3 Ca/Na交換中強Hofmeister效應(yīng)的經(jīng)典相互作用能解釋
        6.3.1 色散力
        6.3.2 離子大小與水化作用
        6.3.3 離子誘導(dǎo)力
    6.4 界面中Hofmeister效應(yīng)的一般來源
    6.5 強誘導(dǎo)力與經(jīng)典誘導(dǎo)力的比較
    6.6 小結(jié)
第7章 “電場-量子漲落”耦合作用對離子交換平衡的影響
    7.1 理論
    7.2 結(jié)果與討論
        7.2.1 蒙脫石的表面電荷數(shù)量
        7.2.2 Na/Mg、Li/Na、Li/K在蒙脫石表面的交換平衡結(jié)果
        7.2.3 Li/Na、Li/K、Na/Mg和Na/Ca體系的相對電荷系數(shù)
        7.2.4 Na/K以及Li/Na/K交換中相對電荷系數(shù)的理論預(yù)測
        7.2.5 離子交換平衡新理論與經(jīng)典模型的比較
        7.2.6 不同離子組合間交換平衡體系總吸附能的定量化
    7.3 小結(jié)
第8章 離子交換平衡新理論在帶電顆粒表面性質(zhì)聯(lián)合測定中的應(yīng)用
    8.1 理論
        8.1.1 考慮“電場-量子漲落”耦合作用時的表面性質(zhì)測定原理
        8.1.2 忽略“電場-量子漲落”耦合作用時的表面性質(zhì)測定
        8.1.3 本體溶液中離子間相互作用
    8.2 結(jié)果與討論
        8.2.1 Na~+與Ca~(2+)選擇電極的標(biāo)定
        8.2.2 H~+飽和樣表面性質(zhì)的測定
        8.2.3 Na~+飽和樣表面性質(zhì)的測定
        8.2.4 “電場-量子漲落”耦合作用與離子間相互作用對表面電位的影響
    8.3 小結(jié)
第9章 結(jié)論與展望
    9.1 主要結(jié)論
    9.2 創(chuàng)新點
    9.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間發(fā)表的論文與參與的項目


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Generalized Poisson-Boltzmann Equation Taking into Account Ionic Interaction and Steric Effects[J]. 劉新敏,李航,李睿,田銳,許晨陽.  Communications in Theoretical Physics. 2012(09)



本文編號：3560310