蒙皂石族黏土矿物在地球化学过程中扮演了重要角色,如低分子量有机酸促进其溶解为土壤提供大量铝、硅元素,实现土壤的脱硅富铝化过程。随着铬矿开采、岩石风化,重金属铬被释放至土壤中,其环境危害日益突出。蒙皂石族黏土矿物具有良好的表面、层间吸附能力,能固定土壤污染物,其具备吸附土壤铬的可操作性和重要环境意义。此外,蒙皂石族黏土矿物在溶解、重结晶等过程形成的结构畸变,能提升其表面、层间的重金属最大吸附量,已成为制备吸附材料的研究热点。综上所述,有必要对其溶解、重结晶过程进一步探索,为认识地球化学过程和结构畸变提供理论见解。本论文结合实验和模拟计算,对三种典型的蒙皂石族黏土矿物,蒙脱石、贝得石和绿脱石研究,阐述低分子量有机酸对黏土矿物对溶解、重结晶的驱动作用,及此过程中形成结构畸变的机制,并从三种黏土矿物吸附重铬酸根的成键性质判定其电子结构差异,最后证实结构畸变和普通柱撑结构存在重铬酸根吸附量差异。基于以上理论基础和认识,具体的研究内容和结论如下:1.低分子量有机酸促进蒙脱石发生溶解、重结晶。在溶解过程中,低分子量有机酸通过吸附至矿物边缘,四、八面体连接键从0.160 nm被拉长至0.161～0.182 nm,导致四面体从八面体上剥离。有机酸的羧基氧原子负电荷增多约0.2 e,进而通过额外的羧基、羟基与另一晶体层产生强度为1.26 e V的静电力,拉近两层晶体的距离,形成了渐变的（001）晶面间距。在重结晶过程中,由于矿物晶体的电荷重新分布和边缘位置有机酸吸附、静电力拉扯,硅氧四面体从八面体上剥离并发生以Si O2小球析出在矿物表面,热重分析和扫描电子显微镜确认了这一现象的发生。同时,模拟计算发现该过程的反应过渡态是四面体结构变得无序的完全溶解态。蒙脱石受低分子量有机酸驱动发生溶解、重结晶的过程:柱撑发生和层间离子置换,吸附位点从层间转移到表面、端面,有机酸吸附导致四面体剥离,溶液阳离子置换晶体离子、有机酸拉动形成结构畸变。2.实验条件下,低分子量有机酸驱动贝得石、绿脱石发生四、八面体的局部溶解。热重分析发现反应体系均未出现第三吸热谷,结合贝得石、绿脱石四、八面体键长从0.184 nm,0.166 nm缩短到0.175～0.182 nm,0.165～0.166 nm,证实四面体未发生剥离。Mulliken电荷发现贝得石的铝氧四面体将八面体铝原子电荷提高了0.3 e,因此铝原子给电子能力下降导致晶体发生局部溶解。X射线荧光光谱化学式分析表明贝得石、绿脱石存在八面体中心原子空缺,是发生局部溶解的可能原因。此外,X射线衍射和透射电子显微镜结果表明,体系中存在0.23 e V,0.22 e V的静电力形成结构畸变。贝得石、绿脱石发生晶体局部溶解的过程:有机酸在端面吸附,吸附导致晶体形变和局部溶解,有机酸拉动形成结构畸变。3.基于三种黏土矿物的实验现象差异,对蒙脱石、贝得石、绿脱石和镁取代蒙脱石进行吸附重铬酸根实验和模拟计算。蒙脱石、贝得石、绿脱石在初始浓度为30mg/L的溶液中吸附量为12,9,8 mg/L。四种矿物对重铬酸根的吸附键强度为0.48e V,0.50 e V～0.52 e V,0.12 e V,-0.47 e V。由于键能最小,贝得石对重铬酸根的吸附最不稳定,也解释了吸附量最低的现象。此外,电子局域函数发现蒙脱石、绿脱石、贝得石均形成吸附共价键。镁取代蒙脱石的电子态密度发现镁离子p轨道电子仅出现在-40 e V处,未与重铬酸根在-7.5 e V～0 e V的p轨道电子发生能量重叠,因此认为两者未形成吸附键。此外,吸附实验发现该结构畸变通过0.75 e V的静电力吸附固定重铬酸根,导致其吸附增量为7.08 mg/g。