Microscopic insight into the ion aggregation characteristics in aqueous MgCl2 and MgCl2–LiCl solutions: Implications for Mg2+/Li+ separation
Microscopic insight into the ion aggregation characteristics in aqueous MgCl2 and MgCl2–LiCl solutions: Implications for Mg2+/Li+ separation
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微观洞察 MgCl2 和 MgCl2−LiCl 水溶液中的离子聚集特征：对 Mg2/Li 分离的影响
DOI：
10.1016/j.molliq.2018.10.059
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发表时间：
2019
影响因子：
6
通讯作者：
Yi Hai-Bo
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cai Hou-Qin;Li Hui-Ji;Wang Mei;Wang Chun-Chang;Yi Hai-Bo
通过密度泛函理论 (DFT) 和分子动力学 (MD) 模拟研究了 MgCl2 和 MgCl2-LiCl 溶液中成核的离子聚集趋势。 DFT 结果表明，在稀 MgCl2-LiCl 水溶液中，混合 LiCl·MgCl2·7H2O 团簇中溶剂分离的 Mg2+–Cl− 异构体比接触缔合的 Mg2+–Cl− 异构体更稳定。接触相关的 Mg2+−Cl− 结构在浓缩的 MgCl2 和 MgCl2–LiCl 溶液中占主导地位，而 Cl− 离子在 Mg2+ 离子的第二壳层中比在第一壳层中更常见。聚集特征表明，溶剂分离的 Mg2+-Cl-缔合更可能与 MgCl2 和 MgCl2-LiCl 溶液中成核的聚集过程相关，而接触缔合的 Mg2+-Cl- 结构可能与 MgCl2 水溶液或 MgCl2-LiCl 盐水的过饱和相关。团簇的演化表明，溶剂分离的 Mg2+–Cl− 混合团簇可以显着增大，而模拟过程中接触相关的 Mg2+–Cl− 混合团簇的情况并非如此。 MD模拟表明，在低Mg/Li比的MgCl2-LiCl盐水中，溶剂分离的Mg2+–Cl−缔合和围绕Mg2+离子的接触Li+–Cl−缔合的趋势变得同步，其中可以形成LiCl·MgCl2·7H2O复盐。
The ion aggregation trend for nucleation in MgCl2and MgCl2–LiCl solutions has been investigated by density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) simulations. The DFT results show that the solvent-separated Mg2+–Cl−conformers of the mixed LiCl·MgCl2·7H2O clusters are more stable than their contact-associated Mg2+–Cl−isomers in the dilute MgCl2–LiCl aqueous solution. The contact-associated Mg2+−Cl−structures become dominant in the concentrated MgCl2and MgCl2–LiCl solutions, while the Cl−ions can be more frequently found in the second shell than in the first shell of the Mg2+ions. The aggregation characteristics indicate that the solvent-separated Mg2+–Cl−association is more likely correlated to the aggregation process for nucleation in MgCl2and MgCl2–LiCl solutions, whereas the contact-associated Mg2+–Cl−structures may be correlated to the supersaturation of the MgCl2aqueous solution or MgCl2–LiCl brines. The evolution of the clusters shows that the solvent-separated Mg2+–Cl−mixed clusters can markedly enlarge, while this is not the case for contact associated Mg2+–Cl−mixed clusters during the simulation. The MD simulations reveal that the trends of solvent-separated Mg2+–Cl−association and contact Li+–Cl−association around Mg2+ions become synchronized in MgCl2–LiCl brines with a low Mg/Li ratio, in which LiCl·MgCl2·7H2O double salt can be formed.
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