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 物理 工程类 污染 气象学 生物 生态学
作者
Xiandong Liu,Christophe Tournassat,Sylvain Grangeon,Andrey G. Kalinichev,Yoshio Takahashi,Maria Marques Fernandes
出处
期刊:Nature Reviews Earth & Environment [Nature Portfolio]
卷期号:3 (7): 461-476 被引量:181
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
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
科研通AI6.3应助sexing采纳,获得10
刚刚
刚刚
sube完成签到 ,获得积分10
1秒前
而当下的发布了新的文献求助10
1秒前
王汽车完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
偶吼吼完成签到,获得积分10
2秒前
LS完成签到,获得积分10
3秒前
小蘑菇应助神勇乐曲采纳,获得10
3秒前
星辰大海应助zyw采纳,获得10
3秒前
3秒前
典雅觅海完成签到,获得积分10
4秒前
Rylee发布了新的文献求助10
4秒前
fly完成签到,获得积分10
4秒前
XING发布了新的文献求助10
4秒前
琴9发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
Hello应助away采纳,获得10
5秒前
缓慢平蓝发布了新的文献求助10
5秒前
顺利的爆米花完成签到 ,获得积分10
5秒前
jessie完成签到,获得积分10
6秒前
娜娜仔完成签到,获得积分10
6秒前
Eason完成签到,获得积分10
6秒前
彭于晏应助清脆世界采纳,获得10
6秒前
雅山等等完成签到,获得积分20
6秒前
旧时光完成签到,获得积分10
7秒前
Orange应助tk采纳,获得10
7秒前
英姑应助豆豆采纳,获得20
7秒前
橘白完成签到,获得积分10
8秒前
贪玩惜文发布了新的文献求助10
8秒前
Chandler完成签到,获得积分10
8秒前
简单严青完成签到,获得积分10
8秒前
温柔丹萱完成签到,获得积分10
8秒前
rui完成签到,获得积分10
9秒前
Frank应助LY采纳,获得10
9秒前
mirror应助儒雅晓霜采纳,获得10
9秒前
Rylee完成签到,获得积分10
9秒前
sinmon应助儒雅晓霜采纳,获得10
9秒前
sinmon应助儒雅晓霜采纳,获得10
9秒前
仁爱的秋天完成签到,获得积分10
9秒前
高分求助中
Overcoming Stigma and Bias in Obesity Management 800
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Bounds for Statistical Estimation in Semiparametric Models 500
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
Ideology and Meaning-Making under the Putin Regime 450
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6474775
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8277532
关于积分的说明 17651055
捐赠科研通 5555615
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2910108
邀请新用户注册赠送积分活动 1886893
关于科研通互助平台的介绍 1739538