有机柱撑蛭石的制备及其层间结构分析

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新疆尉犁且干布拉克蛭石矿主要由蛭石—云母的规则间层矿物(即水黑云母)所构成。用新疆尉犁蛭石与不同烷基链长的季铵盐阳离子表面活性剂制备出有机柱撑材料,运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱IR与13C固体魔角旋转核磁共振(solid13CMASNMR)等表征手段进行分析;研究表明: 运用SEM、XRD、IR多种手段表征分析后,得出有机阳离子表面活性剂柱撑新疆蛭石原矿的效果明显;在柱撑前,新疆蛭石原矿晶层片之间重叠紧密而有序;在经有机阳离子柱撑后,晶层片膨胀发散,晶层间的距离明显增大,成松散而有序的重叠结构。相对于较短链长的阳离子,有更多量的较长链有机阳离子进入新疆蛭石层间域。 CnTAB(12~18)不同浓度柱撑新疆蛭石时,其在新疆蛭石固体界面上的吸附反应趋势,将随着烷基链链长的增加而增大;较短链长季铵盐(C12TA+、C14TA+)柱撑新疆蛭石时,因疏水烷基链相对较短,与水分子间的斥力较小,没达到足够的吸附反应趋势与云母晶层中难以发生交换的K+发生反应。C14TA+柱撑新疆蛭石时,随着季铵盐加入量的增大,在蛭石晶层中出现了两种排布模式,一种是在蛭石晶层层间C14TA+采取倾斜立式排布;其倾斜角度为63°。另一种是有机离子在蛭石晶层层间域为双层倾斜排列;倾斜角度为30°。C14TA+在新疆蛭石得空间排布演化模式为:蛭石晶层中倾斜单层→蛭石晶层中倾斜双层。 长链季铵盐阳离子(C16TA+、C18TA+)在新疆蛭石固体界面上的反应趋势较大,先同蛭石晶层的水合阳离子交换反应,再与云母晶层中钾离子发生交换反应;云母晶层转变为蛭石晶层结构。C18TA+柱撑新疆蛭石时,随着有机堆垛密度不断增大,出现了以下排列模式:有机阳离子先在蛭石晶层层间域倾斜单层排列,倾斜角度为55°;随之在蛭石晶层层间域双层倾斜排列,倾斜角度为30°;在此时的较小角度倾斜双层排列下,层间离子表现出明显的类似液体状态;此时云母晶层中钾离子没参加交换反应。柱撑液浓度足够大时,云母晶层转变为蛭石晶层结构,有机阳离子在晶层中为倾斜双层排列,倾斜角度为54°;从固体核磁共振谱中可看出,在较高堆垛密度的倾斜双层排列模式下,层间离子表现出更为明显的类似固体状态。C18TA+的空间排布演化模式为:蛭石晶层中倾斜单层→蛭石晶层中倾斜双层→蛭石晶层与云母晶层中倾斜双层。C18TA+柱撑离子在有机层间域内存在着一个从类似液体状态到类似固体状态变化的宽范围的分子环境。 该文同时讨论了结晶度和电荷分布均匀性、阳离子周围水分子和有机分子以中性离子对进入层间,对晶层层间距的影响。
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