关键词：蒙皂石族矿物;;蒙脱石;;皂石;;赖氨酸;;壳聚糖;;吸附;;复合体
摘 要：蒙皂石族矿物是一种重要的粘土矿物,它可以吸附大量的有机质,蒙皂石族矿物和有机质的相互作用广泛发生于沉积物、泥岩和页岩中。在埋藏成岩作用过程中,三八面体蒙皂石(即皂石)转化为绿泥石和二八面体蒙皂石(即蒙脱石)转化为伊利石是两种常见的粘土矿物转化。蒙皂石的矿物转化对有机质的保存和油气成藏目前已有大量的研究工作,但对于蒙皂石族矿物对有机质的吸附机制以及有机质如何影响蒙皂石族矿物转化,尤其是皂石的绿泥石化,目前尚缺乏了解和研究。有鉴于此,本文实验选用两种典型的天然有机质——赖氨酸(左旋)和壳聚糖,分别与蒙皂石族矿物进行吸附,以研究蒙皂石族矿物对有机质的吸附机制和吸附方式与其他粘土矿物之间的差异。另外进行蒙皂石族矿物转化的水热模拟实验,以研究皂石绿泥石化的影响因素和转化机制,同时对两类有机-蒙皂石复合体进行水热模拟实验,探究有机质对蒙皂石族矿物伊利石化和绿泥石化的差异性。主要得到以下结果:1.不同粘土矿物在相同条件下对赖氨酸的最大吸附量顺序:皂石>绿泥石>高岭石>伊利石,使用Freundlich方程拟合各种粘土矿物的相关系数均大于Langmuir方程的相关系数。皂石对赖氨酸存在两种吸附机制:阳离子交换和有机分子的吸引。赖氨酸会优先选择阳离子交换的形式进入层间,随着浓度的增加,赖氨酸会以有机分子间的吸引力和分配作用,通过范德华力和氢键结合的形式进入皂石层间。2.赖氨酸在皂石中主要是层间吸附,主要吸附于粘土矿物的羟基位上,绿泥石、高岭石和伊利石对赖氨酸均主要为表面吸附,绿泥石和伊利石存在极少量的层间吸附。在低浓度下高岭石比其他粘土矿物更易达到饱和吸附。赖氨酸—粘土矿物复合体中以与皂石形成的复合体最为稳定。3.在高温条件下,皂石的绿泥石化可以快速发生,反应过程中没有混层矿物的出现,形成的绿泥石结晶度高。在低温下,皂石的绿泥石化程度较低且结晶度差。在碱性环境下形成的绿泥石的结晶度更高。在相同条件下,赖氨酸的参与会抑制皂石绿泥石化的进行,而壳聚糖对皂石的绿泥石化不产生影响。4.温度、时间、酸碱度和水/岩比等条件均会影响蒙脱石的伊利石化进程。在相同条件下,伴生有机质不会改变蒙脱石的伊利石化程度,但是会影响所形成的伊利石的结晶度。赖氨酸和壳聚糖对蒙伊化进程都具有促进作用,但随着温度升高,这种促进效应不断降低,温度在所有影响条件中起到了决定性的作用。
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