阴阳离子粘土的比较研究

阳离子粘土即通常所指的粘土。阳离子粘土主要由层状结构的铝硅酸盐粘土矿物组成。粘土矿物的结构层板带负电荷 ,层间充填有可交换性阳离子。阴离子粘土是与阳离子粘土相对而言的。阴离子粘土又称水滑石型化合物或层状双金属氢氧化物 (简写为LDHs) ,天然产出少 ,以人工合成为主 ,具类似于水镁石的层状结构。阴离子粘土层板带正电荷 ,层间充填有平衡电荷的阴离子。阴离子粘土由于具有独特的阴离子交换性、层板组成的可设计性、结构的可恢复性而在近年受到极大的重视 ,是一类极具发展潜力的新型无机材料。由于阴阳离子两类粘土在成分、结构…     

水滑石及其焙烧产物对磷酸根的吸附

用共沉淀法合成了n(Mg)/n(Al)为2∶1的水滑石,通过在500℃下焙烧得到了其焙烧产物。研究了反应时间、pH及磷酸根浓度对磷酸根在水滑石及其焙烧产物上吸附量的影响。结果表明,水滑石对磷的吸附容量小于其焙烧产物,其吸附等温线都可以用Freundlich等温方程描述。在磷酸根浓度较低时(<0.05mmol/L),水滑石及其焙烧产物都可作为磷的高效吸附剂;当磷的浓度大于0.05mmol/L时,水滑石不能作为磷的高效吸附剂,但当磷酸根浓度在0.05～2.5mmol/L时,其焙烧产物仍可作为磷的高效吸附剂。在酸性环境下,水滑石及其焙烧产物在对阴离子的吸附过程中都有中和酸性溶液的作用。水滑石及其焙烧产物对磷的吸附具有不同的机理,并得到了X射线衍射的证实。     

阴离子粘土吸附水中活性艳橙X-GN的研究

<正>阴离子粘土即层状氢氧化物,又可称之为类水滑石类混合物(Layered double hydroxide,LDH),主要由两个类氢氧镁石薄片层以及与层中正价离子保持平衡的层间阴离子组成。它不仅存在于自然界中,同时还能采用简单经济的方     

杂多阴离子柱撑类水滑石的合成、表征及催化研究

采用共沉淀法合成了具有不同组成的类水滑石层状化合物和杂多酸, 并以此制备了一系列杂多阴离子柱撑类水滑石; 用XRD和IR方法对柱撑产物的结构进行了表征, 它们具有K结构; 结果表明这些材料层间高度为0.97nm.并且发现以H₂O₂为氧化剂的这种层柱催化剂在液-固相中对苯甲醛氧化成苯甲酸具有很高的活性和选择性.      

谷氨酸插层镁铝水滑石微观结构与性能:实验与理论研究

采用共沉淀法合成了谷氨酸插层镁铝水滑石(LDHs-Glu),并使用XRD表征技术以及分子动力学模拟方法对其微观结构与性能进行了研究。结果表明随着LDHs-Glu中水分子数量增加,层间距d003逐渐增大。XRD表征得到其层间距为1.328 nm,与理论模拟得到的当水分子数Nw=7时的水滑石层间距d003=1.323 nm相近。随着层间水分子数量增加,水合能逐渐增大,最终趋于流体水的特征值(-41.8 kJ/mol)。水合过程中,水滑石层板与阴离子间的氢键逐渐减少,而层板与水分子间的氢键逐渐增多,说明水分子与层板间的亲和力更强。实验表征与理论模拟相结合的研究方法,有望成为插层复合材料微观结构研究的重要手段。     

固体核磁光谱法研究镁铝复合氧化物的水热转化机制

复合金属氧化物广泛分布于自然界,其中镁铝复合氧化物(简称MMO)则大量分布于基性-超基性岩浆岩、蒸发河湖相和海相沉积岩等之中。本研究以镁铝水滑石(HT)煅烧产物MMO为研究对象,采用水热合成方法,通过改变反应时长,考察并揭示MMO在富硅、碱性和160℃水热条件下的结构复原特性及其转化机制。X射线衍射结果显示,该条件下MMO首先复水形成水滑石相,进而水滑石相逐渐向皂石转化,并伴有钠霞石等杂相的形成与溶解。29Si和27Al魔角旋转核磁共振谱(MAS NMR)的结果证明,在皂石结晶过程中,Al3+优先占据四面体片层的四配位位置。该研究对揭示水滑石稳定性、水滑石与硅酸盐矿物异相成核与生长、热液类型的天然皂石矿床的形成过程等具有重要指示意义。     

谷氨酸插层水滑石组装、包裹及缓释性能研究

采用共沉淀法和离子交换法实现了谷氨酸与Zn/Al水滑石的插层组装,并采用X射线粉末衍射、差热分析、红外光谱表征了谷氨酸插层水滑石的结构,并在模拟胃液和肠液中测试了复合材料中谷氨酸的缓释性能。结果表明,合成的水滑石前躯体（LDHs-NO3）结构规整、晶相单一,层间距为0.879 nm;2种方法合成的谷氨酸插层水滑石,其层间距分别增加到1.251 nm和1.334 nm,可以推测谷氨酸以垂直方式分布于水滑石层间。插层后水滑石样品在1588 cm-1和1346 cm-1处出现了谷氨酸中羧酸根的不对称伸缩振动和对称伸缩振动峰,也佐证了氨基酸插层成功。谷氨酸插层水滑石后,其热稳定性大大提高,热分解温度由230℃升高至397～434℃。与物理混合法相比,谷氨酸与水滑石复合后增加了谷氨酸的耐酸性,使其具有较好的缓释性能。谷氨酸释放曲线符合Bhaskar方程,表明微粒间的扩散作用是谷氨酸分子释放的限速步骤。LDHs-Glu经海藻酸钠包裹后,在模拟肠液中缓慢释放而在模拟胃液中不释放,起到了肠液定向释放的效果。     

单十二烷基磷酸根离子柱撑MgAl水滑石的结构特征

通过共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法制备出单十二烷基磷酸根离子(DDP)柱撑层状复合金属氢氧化物(LDHs)复合物。XRD和FT-IR分析表明,DDP进入到LDHs层间形成柱撑复合物,但采用3种工艺制备的复合物超分子结构有明显的不同:以共沉淀法制备的柱撑复合物层间距为3.15 nm,DDP在LDH层间呈倾斜双层排列,焙烧还原和离子交换法制备的复合物层间距为3.89 nm,DDP在LDH层间呈垂直双层排列。离子交换法制备出的DDP柱撑LDHs复合物中由于LDHs层间存在较强的静电作用力而不能使碳酸根被完全置换出来。     

晶体化学第二定律研究水滑石热稳定性与离子交换性能

水滑石层间阴离子热稳定性、离子交换性能等物化性质与LDHs材料主客体间以静电作用为主的超分子作用密切相关,但LDHs材料的晶格能计算目前仍相当困难。本文以层间阴离子作为负电荷基团、对应等电量氢氧化物层板作为正电荷基团,构建水滑石(LDHs)主客体静电作用模型。采用晶体化学第二定律,对LDHs材料晶格能进行理论计算,并与层间阴离子交换性能以及热稳定性等物化性质进行了比较。研究结果表明:改变层间阴离子种类,晶格能大小次序为Mg3Al-F-LDHs>Mg3Al-OH-LDHs>Mg3Al-Cl-LDHs>Mg3Al-Br-LDHs>Mg3Al-I-LDH,Mg3Al-CO3-LDHs>Mg3Al-CrO4-LDHs>Mg3Al-SO4-LDHs>Mg3Al-NO3-LDHs,与文献报道的LDHs层间阴离子交换性能相一致。改变层板金属离子比例,计算得到晶格能大小顺序为Mg2Al-CO3-LDHs>Mg3Al-CO3-LDHs>Mg4Al-CO3-LDHs,与层间碳酸根热稳定性相一致。改变层板金属离子种类,预测得到层间碳酸根热稳定顺序为:Mg3Al-CO3-LDHs>Cu3Al-CO3-LDHs>Ni3Al-CO3-LDHs>Zn3Al-CO3-LDHs-Co3Al-CO3-LDHs>Fe3Al-CO3-LDHs>Mn3Al-CO3-LDHs>Cd3Al-CO3-LDHs>Ca3Al-CO3-LDHs;Mg3Al-CO3-LDHs>Mg3Ni-CO3-LDHs-Mg3Co-CO3-LDHs-Mg3Fe-CO3-LDHs>Mg3Cr-CO3-LDHs。本文中对于LDHs材料晶格能的计算,为其热稳定性与离子交换性能的预测提供了理论依据。此外,LDHs材料的静电作用模型构建方法,对于其他层状主客体材料晶格能计算也有较高的参考价值。     

共沉淀法制备含Zn水滑石及光催化性能

以共沉淀法制备Zn~(2+)和M~(3+)(M为Al、Cr、Fe)摩尔比为3:1,CO_3~(2-)为层间阴离子的含Zn水滑石(Zn_3M-CO_3-LDHs)。分别采用粉末X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和热重-差热分析(TG-DTA)等技术对3种含Zn水滑石的结构和性质进行表征。结果表明合成的3种含Zn水滑石都具有碳酸根柱撑水滑石的典型层状结构,且结构规整、晶相单一。Zn_3Cr-CO_3-LDHs在可见光区域的吸收范围最宽。热稳定性顺序为Zn_3Cr-CO_3-LDHsZn_3Al-CO_3-LDHsZn_3Fe-CO_3-LDHs。测试了3种含Zn水滑石的光催化降解罗丹明B溶液性能,结果表明:3种含Zn水滑石均能有效光催化降解罗丹明B,Zn_3Cr-CO_3-LDHs光催化罗丹明B 70 min的降解率达到95.8%,光催化效果最好;Zn_3Al-CO_3-LDHs和Zn_3Fe-CO_3-LDHs的光催化降解率超过84%,光催化效果相近。动力学研究表明3种含Zn水滑石光催化降解罗丹明B过程符合一级反应动力学模型,反应速率常数大小顺序为:Zn_3Cr-CO_3-LDHsZn_3Al-CO_3-LDHsZn_3Fe-CO_3-LDHs。     

焙烧对蒙脱石晶体结构和物化性能的影响

分别在450℃和650℃条件下对新疆柯尔碱膨润土进行了焙烧,并对焙烧前后膨润土进行了X射线衍射分析、阳离子交换容量测试、Zeta电位测试、红外光谱分析.结果表明:蒙脱石在450℃焙烧后已全部脱去层间吸附水,层状结构完整,此时阳离子交换容量变化不大,但电动电位有较显著降低;650℃焙烧后,蒙脱石脱去八面体中的羟基,层状结构仍然保持,物化性能上,阳离子交换容量显著降低,电动电位与450℃相比变化不大.     

阴-阳离子表面活性剂复合柱撑蒙脱石的制备与表征

利用阳离子表面活性剂--十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)和阴离子表面活性剂--十二烷基磺酸钠(SDS)制备了一系列阴-阳离子表面活性剂复合柱撑蒙脱石.同时采用多种测试手段(碳、硫、硅含量分析、X射线衍射分析和热分析)对产物进行结构表征和性能分析.结果表明,SDS难以单独进入蒙脱石层间,但与HDTMAB作用后,SDS可以进入到蒙脱石结构层间.在复合物中有机碳量较低时,SDS对有机碳含量增加贡献明显,但其柱撑效率随着HDTMAB加入量增加而下降,至HDTMAB加入量大于3倍阳离子交换容量(CEC)时趋于平衡.在复合物中有机碳量较高时,HDTMAB负载量有下降的趋势,至HDTMAB加入量大于3倍阳离子交换容量时趋于平衡.SDS进入结构层内总体提高蒙脱石的有机碳含量,明显地增加产物的层间高度,并且改善其热稳定性.     

环境污染物在蒙脱石层间域中的环境化学行为

天然蒙脱石层间阳离子通常是Ｃａ2 +,Ｎａ+,可以通过离子交换法制备各种阳离子交换蒙脱石。这些不同阳离子对蒙脱石层间域的环境化学行为有着不同的影响。金属阳离子与粘土矿物间的相互作用除了离子交换外 ,粘土的专性吸附作用有时也是非常重要的。目前 ,粘土矿物对重金属离子的专性吸附可概括为 4种机理 :(1)重金属离子与粘土矿物表面或断键基团质子的交换吸附 ;(2 )重金属离子进入粘土矿物硅氧四面体片的复三方空位或八面体片晶格缺陷中 ;(3)以金属络合物形式的专性吸附 ;(4)以金属氧化物或其它不溶性盐类沉淀形式。天然粘土矿物存在着大…     

蒙脱石晶体结构和水结构的矿物物理特征

本文利用矿物物理研究方法对我国内蒙、浙江、甘肃等地的钙基、钠基、镁基蒙脱石的物质成分、晶体结构和层间OH,H_2O的排布结构进行了研究,并获得下列结论: 1.由X衍射和拉曼分子光谱分析深入研究了蒙脱石阳离子配位体结构特征,提出其空间群为C_(2/m) 型。 2.建立了蒙脱石水结构模式,有3种主要类型:①层间大阳离子附近的束缚态水分子;②层间无大阳离子位置上的非束缚态水分子;③颗粒表面依靠氢键相连的水分子集合体。 3.利用群理沦,提出了蒙脱石OH～-的振动模式,由振动分析指出蒙脱石中OH～-具有12个振动模式。     

黏土矿物污染控制材料及其高效利用

黏土矿物具有特殊的纳米片层结构、含可交换性层间阳离子、微观结构及表面物理化学性质易调控;因此,黏土矿物及其改性产物对多种环境污染物有良好的吸附/催化性能,在污染控制领域有良好的应用前景。近年来,课题组以蒙脱石和层状双金属氢氧化物(LDH)为代表,研究了它们在污染控制领域的资源利用:1)研究了蒙脱石、LDH、LDO(LDH煅烧产物)对染料分子的吸附特征,发现它们对染料分子的吸附性能可优于活性炭;通过碳化处理废弃黏土矿物的方法,制备了系列类石墨烯纳米碳材料及多孔碳材料,所得碳材料显示了良好的电催化性能或吸附性能。2)研究了蒙脱石对重金属离子的吸附特征,并通过热处理实现了重金属离子的层间域/片层结构内的原位锁定。3)研究了羟基金属改性蒙脱石对重金属离子和含氧酸根的协同吸附机制,并发现吸附产物(如吸附了磷酸根和Cu2+的羟基铁柱撑蒙脱石)可用于光催化降解有机污染物。4)综合运用实验研究和分子模拟技术,研究了有机改性蒙脱石对疏水性有机污染物的吸附机制,发现表面活性剂堆垛密度是决定有机黏土吸附性能的关键因素,并采用阳离子聚合物来调控层间域表面活性剂堆垛密度,优化了有机黏土吸附性能。5)采用阳离子表面活性剂和羟基金属共同插层的方法,制备了有机-无机复合蒙脱石,发现了其能同时吸附有机物和含氧酸根离子。课题组的研究工作综合运用了实验研究和分子模拟,包括了基础理论研究和应用研究,涉及了黏土矿物及其改性产物的吸附、催化性能,并探讨多种废弃黏土矿物的资源回用技术。研究结果对实现黏土矿物在污染控制领域的高效资源利用提供了新信息。     

Eu(Ⅲ)在凹凸棒石黏土表面的吸附机理研究

<正>由于铕的离子半径和三价的镧系、锕系离子半径几乎相等,使铕元素的物理化学性质与三价镧系、锕系离子性质相近;因此铕元素通常被作为三价镧系、锕系元素的模拟或替代核素[1-3]。凹凸棒石黏土为典型的层状黏土矿物,结构可分为3层,上下2层是Si-O四面体,中间1层是(Al,Mg,Fe)-O-OH八面体。然而,由于四面体中自由氧原子的指向不是同一个方向,八面体片也不是连续的,形成很多矩形孔道。由     

用高分辨透射电子显微镜所观察到的黑云母中的间层和层间滑移

在构造形变的黑云母中,其间层现象、层间滑移和解理特征,已用高分辩透射电子显微镜进行了观察。云母单元层及层间阳离子的位置都能用这种技术照相得知。根据观察结果,我们首先得出的结论是,滑移和解理发生在结构中的层间部位。在黑云母中,表现有局部发育的氢氧镁石状层的间层,它与邻接的滑石状层构成单一的绿泥石层填隙在云母结构中。从结构和物理因素考虑,氢氧镁石间层现象在此解释为云母层间部位的一种“氢氧镁石化作用”,而云母层间部位的局部滑移和解理都是氢氧镁石化作用以前产生的;它是在形变显微结构部位有利于产生的、原子规模大小的一种化学作用(云母的局部绿泥石化作用)的实例。     

蒙脱石—水体系中水与矿物晶胞参数的不适应度对体系电导率的影响

在水体系中,蒙脱石矿物表面结合水膜厚度大小,取决于矿物层间阳离子及矿物的晶体化学特征.当层间阳离子种类相同时,首先取决于水与矿物结构参数的不适应程度.结合水膜厚度,影响蒙脱石层间阳离子在土—水体系中的电导率.本文通过对不同地区、不同类型蒙脱石—水体系电导率测定,讨论水与蒙脱石晶胞参数不适应度对体系电导率的影响规律.     

硅酸盐辉石的晶体化学(中)

四面体层在端员辉石结构中,含Si的四面体的平均T－O键长为1.618(?)到1.644(?)(表3).四个距离(四面体1.585(?)－1.612(?))中最短的键一般是Si－O2,而最长的键涉及桥接的O3阴离子,只有CaTs和C2/c Li辉石例外.桥键距离的平均值大于非桥键距离的平均值,且在一般情况下两个平均值之差(△)对于具单价阳离子M2的C2/cLi辉石为最小,而对具有二价 M2阳离子的C2/c钙辉石为最大.Pbca和P(21)/c结构的A值介于这两组结构之间。在各种不同的辉石结构间,较短的桥距是与较大的Si－O3－Si(图14)和O3－O3－O3角相关联的.键内的出-Si距离在3.01A和3.13A间变化,在单斜和斜方顽火辉石中高度弯折的B链中存在着最短路     

不同类型阴离子粘土(LDH)与DNA相互作用研究

阴离子粘土(Layered Double Hydroxides,简称LDH)是一类阴离子层状化合物,又称类水滑石类化合物,是一种典型的阴离子交换粘土(Franchi and Gallori,2005)。阴离子粘土天然存在且在实验室很容易制得,其表达式一般为