Molecular-level understanding of metal ion retention in clay-rich materials

粘土矿物 吸附 化学 环境修复 离子交换 降水 氧化还原 成核 金属 水溶液中的金属离子 无机化学 离子 化学工程 矿物学 有机化学 生态学 物理 污染 气象学 生物 工程类
作者
Xiandong Liu,Christophe Tournassat,Sylvain Grangeon,Andrey G. Kalinichev,Yoshio Takahashi,Maria Marques Fernandes
出处
期刊:Nature Reviews Earth & Environment [Springer Nature]
卷期号:3 (7): 461-476 被引量:80
标识
DOI:10.1038/s43017-022-00301-z
摘要

Clay minerals retain or adsorb metal ions in the Earth’s critical zone. Rocks, sediments and soils rich in clay minerals can concentrate rare earth elements (REEs) in ion adsorption-type deposits (IADs) and are similarly effective at metallic contaminant remediation. However, the molecular-scale chemical and physical mechanisms of metal ion retention remain only partly understood. In this Review, we describe the nature, location and energy requirements of metal retention at clay mineral surfaces. Retention originates mainly from electrostatic interactions during cation exchange at low pH and chemical bonding in surface complexation and precipitation at neutral and high pH. Surface complexation can induce surface redox reactions and precipitation mechanisms including neoformation of clay mineral layered structures. In IADs, outer-sphere adsorption is the major retention mechanism of REE ions. By contrast, the use of clay minerals in pollution control relies on various mechanisms that can coexist, including cation exchange, surface complexation and nucleation growth. To more effectively leverage clay mineral–metal interactions in resource recovery and contaminant remediation, complex mechanisms such as surface precipitation and redox reactions must be better understood; for instance, by utilizing advances in quantum mechanical calculations, close combination between synchrotron and simulation techniques, and upscaling of molecular-level information in macroscopic thermokinetic predictive models. Clay minerals can retain metal ions, concentrate rare earth elements and be exploited for industrial waste disposal. This Review discusses the molecular-level mechanisms of metal ion retention in clay minerals and their importance for environmental and industrial applications.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
研友_gnvY5L发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
2秒前
3秒前
SciGPT应助Only采纳,获得10
3秒前
Darliza完成签到 ,获得积分10
4秒前
5秒前
852应助李亨达采纳,获得10
5秒前
老肖应助幸福大白采纳,获得10
6秒前
6秒前
6秒前
戈壁起风沙完成签到 ,获得积分10
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
peike发布了新的文献求助10
7秒前
冯大夫发布了新的文献求助10
8秒前
科研通AI2S应助YYJ采纳,获得10
9秒前
10秒前
10秒前
严俊东发布了新的文献求助10
11秒前
zengyiyong发布了新的文献求助10
11秒前
李爱国应助hahaha采纳,获得10
12秒前
12秒前
JiaqiDijon发布了新的文献求助10
12秒前
toast发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
大模型应助Cistone采纳,获得10
15秒前
15秒前
17秒前
he完成签到 ,获得积分10
21秒前
23秒前
斯文败类应助现代啤酒采纳,获得10
23秒前
胡英宇完成签到,获得积分10
24秒前
至此今生发布了新的文献求助30
25秒前
小二郎应助大胆的彩虹采纳,获得10
26秒前
风之旅人发布了新的文献求助10
27秒前
27秒前
29秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 568
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3136697
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2787724
关于积分的说明 7782985
捐赠科研通 2443808
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1299415
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 625444
版权声明 600954