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:124
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
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
Owen应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
充电宝应助科研通管家采纳,获得10
刚刚
小八统治世界完成签到,获得积分10
刚刚
七月流火应助科研通管家采纳,获得150
刚刚
1秒前
科目三应助科研通管家采纳,获得10
1秒前
雷乾发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
1秒前
下雨天的树完成签到,获得积分10
1秒前
FR完成签到,获得积分10
2秒前
缓慢天菱完成签到,获得积分10
2秒前
fhhkckk3发布了新的文献求助20
2秒前
liuxinyu完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
爱吃秋刀鱼的大脸猫完成签到,获得积分10
3秒前
blink完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
今天要早睡完成签到,获得积分10
4秒前
钩子89应助同尘采纳,获得20
5秒前
Levi李发布了新的文献求助10
5秒前
东日完成签到,获得积分10
5秒前
cheng4046完成签到,获得积分10
5秒前
zz2905完成签到,获得积分10
6秒前
悠夏sunny完成签到,获得积分0
6秒前
ttkd11完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
小马甲应助瘦瘦半山采纳,获得10
7秒前
昨夜雨疏风骤完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
浮游应助re采纳,获得10
8秒前
lalala应助思维隋采纳,获得10
8秒前
周星星完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
范先生完成签到,获得积分10
9秒前
布布完成签到,获得积分10
9秒前
招财进堡完成签到,获得积分20
9秒前
10秒前
独特乘风完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Fermented Coffee Market 2000
PARLOC2001: The update of loss containment data for offshore pipelines 500
Critical Thinking: Tools for Taking Charge of Your Learning and Your Life 4th Edition 500
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 500
A Manual for the Identification of Plant Seeds and Fruits : Second revised edition 500
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 340
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 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5256668
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4418830
关于积分的说明 13753577
捐赠科研通 4292020
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2355264
邀请新用户注册赠送积分活动 1351704
关于科研通互助平台的介绍 1312465