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。     

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。     

M-A1水滑石纳米晶热分解行为的TG-MS研究

利用热重一质谱联用仪(TG-MS)和多晶XRD对水热法制备的Mg-Al水滑石纳米晶的热分解行为进行表征研究表明:Mg-Al水滑石的热性能与其晶体化学特征有密切的关系.Mg-Al水滑石的热分解过程可分为4个阶段:①T≤280℃时,失层问H2O;②T=280℃～380℃时,失层板中[Mg-OH-Al]结构单元OHˉ;③T=380℃～580℃时,失层板中[Mg-OH-Mg]结构单元的OHˉ;④T=395℃～580℃时,层间CO32ˉ选出.后两个阶段有较大重叠性.[Mg-OH-Mg]中OHˉ和CO32ˉ最大选出量对应的温度明显不一致.[Mg-OH-Mg]中OHˉ的选出是导致层状结构破坏的诱因,热分解的阶段性随升温速率提高而表现得明显.Mg-Al水滑石的热分解行为受扩散控制.     

Mg—Al水滑石纳米晶热分解行为的TG—MS研究

利用热重-质谱联用仪(TG-MS)和多晶XRD对水热法制备的Mg-Al水滑石纳米晶的热分解行为进行表征研究表明:Mg-Al水滑石的热性能与其晶体化学特征有密切的关系。Mg-Al水滑石的热分解过程可分为4个阶段:①T≤280℃时,失层间H2O;②T=280℃~380℃时,失层板中[Mg—OH—Al]结构单元OH-;③T=380℃~580℃时,失层板中[Mg—OH—Mg]结构单元的OH-;④T=395℃~580℃时,层间CO32-逸出。后两个阶段有较大重叠性。[Mg—OH—Mg]中OH-和CO32-最大逸出量对应的温度明显不一致。[Mg—OH—Mg]中OH-的逸出是导致层状结构破坏的诱因,热分解的阶段性随升温速率提高而表现得明显。Mg-Al水滑石的热分解行为受扩散控制。     

二甲基甲酰胺对高岭石插层的分子动力学模拟

通过对高岭石-二甲基甲酰胺插层复合物随层间域中二甲基甲酰胺分子数逐渐增加的分子动力学模拟,发现高岭石层间距可被小分子的插层大幅度扩增,但需要借助外界条件克服插层能垒。通过对层间距为1.26 nm模型的界面结构和界面作用的计算,发现二甲基甲酰胺在高岭石层间域中呈单层分布。二甲基甲酰胺的分子平面斜交于层间域表面60°左右,其HC=O官能团的O原子作为质子受体与层间域铝氧面的羟基形成较强的氢键,而甲基则与硅氧面以疏水作用相结合。由于高岭石层间域的铝氧面具有反应活性较高的表面羟基,相比于硅氧面表现出对二甲基甲酰胺更强的亲和性。     

累托石-铬离子的相互作用研究

对Cr^3＋,Cr^6＋在累托石、三甲基十八烷基氯化铵交联累托石（简称有机累托石）表面的吸附作用进行研究表明：累托石对Cr^3＋有良好的吸附作用,而对Cr^6＋的吸附效果很差;有机累托石对Cr^3＋和Cr^6＋,均表现出优良的吸附性能,说明Cr^3＋可以交换间层的Cr^2＋而存在于累托石的层间,而Cr^6＋由于形成半径大的水合离子团而难以进入累托石的层间。XRD结果表明,Cr^3＋和Cr^6＋反应的累托石的（001）间距分别为2．5080nm和2．4798nm,与反应前累托石的（001）间距2．5368nm基本一致;有机累托石的（001）间距为4．0124nm,Cr^3＋和Cr^6＋反应有机累托石的（001）间距分别变为3,5595nm和3．6477nm．由于在有机累托石的层间,Cr^3＋,Cr^6＋。与硅氧四面体层的相互作用,导致层间作用力增大而层间距减小。与Cr^3＋,Cr^6＋的反应直接影响累托石硅氧四面体层中硅氧键的红外吸收谱带的位置与强度,说明Cr^3＋,Cr^6＋与硅氧四面体层中硅氧表面成键。     

甲酰胺在高岭石层间的定向研究

甲酰胺插层作用使高岭石层间距从0．717nm膨胀为1．020nm。其增加值(0．303nm)小于甲酰胺的范得瓦尔分子直径(0．47nm)。DRIFT光谱研究表明插层作用破坏了原高岭石层间氢键，并分别在高岭石Si—O基与甲酰胺NH基和高岭石OH基与甲酰胺C=O基之间形成氢键，甲酰胺HN基还部分嵌入高岭石复三方孔洞。     

深层龙马溪组页岩气藏黏土矿物水岩作用微观机制

水岩作用对页岩气藏的地球化学特性和高效开采研究具有重要的意义。为研究我国西南龙马溪组深层页岩气藏水岩作用的微观机制,针对龙马溪组深层页岩组构特征,建立了深层页岩典型黏土矿物(镁蒙脱石、铁蒙脱石和伊利石)水岩作用的分子动力学模型,分析含水量、温度和矿物特征变化对晶胞层间距和水分子扩散系数的影响,通过实验验证水岩作用对典型矿物微观结构的影响程度。研究表明,随着层间水分子数量增加,蒙脱石和伊利石晶胞层间距增大;随着温度增加,蒙脱石和伊利石晶胞层间距变化不明显,层间水分子扩散系数增加;含水量和温度一定,蒙脱石晶胞层间距远大于伊利石,而伊利石的晶胞层间水分子扩散系数远大于蒙脱石,且镁蒙脱石大于铁蒙脱石晶胞层间距,而铁蒙脱石的水分子扩散系数大于镁蒙脱石。上述研究表明,水含量增加会加剧典型黏土矿物晶层破坏的程度,而温度升高会引起典型矿物晶层破坏速度的增快。与浅层页岩相比,温度升高可能导致深部页岩水岩作用更加剧烈。     

Preparation of Mg/Al Layered Double Hydroxides by Buffer Solution Method and Cr（Ⅵ） Adsorption Characteristics

利用氨水-氯化铵体系在pH 9～10时具有缓冲能力的特点,以其作为沉淀剂成功合成了镁铝水滑石（Mg3Al-Cl-LDHs）,采用XRD、FT-IR、TG-DTA等手段对材料结构进行表征,并测试了合成Mg3Al-Cl-LDHs样品对溶液中Cr（Ⅵ）的吸附性能。研究结果表明,缓冲溶液法制备的Mg3Al-Cl-LDHs材料晶相单一,晶面生长的有序程度较高,结晶度较好。晶胞参数a=0.3106 nm,c=2.367 nm,粒子尺寸约为36.44 nm。其热分解过程包括水滑石层间结构水脱除和层板羟基脱水、氯离子分解两个步骤。Mg3Al-Cl-LDHs对Cr（Ⅵ）的吸附主要发生在0～1 h内,随着时间的增长吸附量先增加后趋于平缓;温度对Cr（Ⅵ）吸附量影响不大,在常温下即可进行;随着pH值的减小,饱和吸附量先增大后减小,在pH 6时吸附效果较好;2价与3价竞争阴离子比1价阴离子对吸附性能的影响更大。在最佳吸附条件下,Mg3Al-Cl-LDHs对Cr（Ⅵ）的饱和吸附量可达58.73 mg/g,有望应用于实际Cr（Ⅵ）废水处理。     

高岭土/吡啶插层复合物的制备与表征

以高岭土／甲醇插层复合物作为中间体，用“取代法”制备了高岭土／吡啶插层复合物，产物用X射线粉晶衍射、热分析和傅利叶变换红外光谱进行了表征。在保持吡啶润湿的条件下，高岭土的层间距增加到1．22nm。吡啶的插层率达到了90．20％。高岭土／吡啶插层复合物不稳定，干燥后其层间距减少到0．86nm。高岭土／吡啶插层复合物的红外光谱表明：吡啶分子与高岭土的内表面羟基形成了氢键。吡啶分子在高岭土层间可能以垂直于高岭土层片的方式排列，且氮原子面对八面体层片。     

CTA~+/蛭石插层复合物在乙醇水溶液中一维结构的变化研究

基于蛭石良好的阳离子交换性和吸附性及层间域的可膨胀性,对新疆尉犁蛭石矿的金云母-蛭石样品采用不同用量的季铵盐进行微波插层处理及插层后样品的乙醇溶液醇洗处理,并对处理后样品一维结构的变化进行了XRD分析,考察了插层剂用量和乙醇溶液浓度对CTA+/蛭石插层复合物最大底面间距的影响。结果表明:蛭石的最大底面间距随着CTAB用量的增加而增大,季铵盐阳离子在蛭石层间的排布模式也随用量的增加,发生由单层倾斜→双层倾斜的规律性转化。插层处理后的样品采用浓度为97%的乙醇溶液醇洗后,蛭石最大底面间距由5.08～4.35 nm减少至4 nm左右,季铵盐阳离子在层间全为单层倾斜排布;采用不同浓度的乙醇溶液对蛭石最大底面间距为4.69 nm的样品进行醇洗,随乙醇溶液浓度的增大,蛭石最大底面间距降低,并在浓度为60%时达到稳定值4.00 nm,随后随乙醇溶液浓度的增大,不再发生变化。季铵盐阳离子在蛭石层间域中以单层倾斜排布,倾斜角为53°±时最稳定。     

1,4-丁二醇插层高岭石的实验研究

以二甲亚砜为前驱物,1,4-丁二醇为插层剂,采用二步插层法制备1,4-丁二醇与高岭石的复合材料。实验研究了温度、时问对插层效果的影响及该复合物在水中的稳定性。采用XRD和IR法对试样进行分析表征。结果表明,在140℃,180℃条件下插层一定时间,均可获得1,4-丁二醇插层高岭石,在180（、条件下反应16h以上,同时高岭石的层间距增大到1．157nm,制备的1,4-丁二醇插层高岭石结构稳定,180℃反应32h可导致高岭石层间1,4-丁二醇转变为其他物质,形成稳定的有机插层高岭石。     

大同粗晶高岭石-二甲基亚砜插层复合物的制备及表征

首先研究了大同高岭石的矿物学特征,结果表明大同高岭石晶粒粗大,主要由高岭石组成,样品的有序度高,Hinckley指数为1.12。在此基础上,用二甲基亚砜对大同高岭石进行插层,采用XRD、IR和TG-DSC研究插层复合物的结构。XRD结果表明DMSO已插入高岭石层间,d001由原来的0.717nm增至1.13nm,插层率达96.01%;红外光谱证明DMSO中的S=O基团与高岭石的外羟基发生了化学键合作用;热分析结果显示插层复合物于120℃~240℃发生DMSO的脱嵌作用,高岭石的脱羟基温度在400℃~750℃。     

季胺盐阳离子插层蒙脱土对铀吸附性能的研究

通过十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）与钠基蒙脱土离子交换制备出季胺盐阳离子插层蒙脱土（CTMA’-M）,采用小角X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和高分辨透射电镜表征微观结构,研究CTMA’的插层量、溶液的初始pH值、初始浓度和其他共存离子对吸附铀性能的影响,考察了CTMA’-M处理铀矿水）台废水的应用性能。结果表明：CTMA’插层后蒙脱土的层间距由1．21nm增加到4．09nm,但仍保持钠基蒙脱土原有的晶体结构。随CTMAB用量的增加,插层到蒙脱土层间的CTMA’量增加,对铀离子的吸附容量逐渐增大,当CTMAB的用量超过阳离子交换容量的1．4倍时,铀吸附容量基本保持不变。溶液pH和接触时间对铀离子吸附性能影响较大．CTMA’-M最佳吸附pH值为6．0,平衡吸附时间为80min,CTMA’插层能够改善蒙脱土对铀离子的选择性吸附。在1L含有15mg／L铀的废水中加入1．5gCTMA’-M时,铀的去除率达到98％以上。     

蛭石精矿的有机改性试验

采用十六烷基三甲基溴化铵(HDTMAB)对蛭石精矿进行了有机改性,利用X射线衍射法(XRD)、红外光谱(IR)、差示扫描量热法(DSC)和热失重分析(TG)对蛭石精矿和有机改性蛭石进行了表征。实验结果表明,当反应液中蛭石与水的质量比为1∶10、反应温度在60~70℃时,HDTMAB的阳离子HDTMA进入绝大部分蛭石晶粒的晶层,将蛭石的晶层间距撑大,蛭石的(001)晶面间距d001从1.45986 nm增大到3.70134 nm。HDTMA进入了单晶颗粒之间,将蛭石颗粒分散成单晶颗粒。     

醋酸钾/偏高岭石插层复合材料的制备及机理研究

采用机械研磨法,成功制备了醋酸钾/偏高岭石插层复合材料.通过XRD、FTIR和TEM研究了插层前后偏高岭石结构的变化,提出了该复合材料的插层机理和结构模型:首先醋酸钾与水分子以配位键结合,然后通过机械研磨作用进入偏高岭石层间,并将偏高岭石片层撑开.当进行热处理时,水的挥发也会对偏高岭石片层起到撑开作用.最终导致偏高岭石被撑开、剥离.在插层复合材料中,醋酸根与偏高岭石的铝氧层通过水分子桥接方式连接,钾离子水合物为保持电中性,位于带负电的硅氧层附近.     

微乳液聚合法合成聚苯乙烯/海泡石复合材料

微乳液聚合法是合成聚合物复合材料的新方法,用微乳液聚合法,先把苯乙烯单体引入海泡石层间,再引发聚合反应,利用聚合时放出的热量使海泡石片层间距增大,合成聚苯乙烯/海泡石复合材料,用XRD、FTIR、SEM及TEM对材料进行表征.研究表明,用微乳液聚合法可使海泡石与聚苯乙烯较好地复合,聚合物能够有效地插层到经过有机化处理的海泡石层间,且海泡石片层可以均匀地分散在聚苯乙烯聚合物中.     

镁铝复合氧化物的水热转化机制

<正>水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O,HT)具有类水镁石的八面体结构层,层间二价阳离子部分被三价阳离子取代使得片层带有一定的负净电荷,由其层间可交换的阴离子以平衡。根据二价、三价金属离子以及层间阴离子的种类和数量的不同,可组成一类阴离子黏土(多金属复合金属氢氧化物)。焙烧-复原效应(又称"结构记忆效应")是水滑石最为独特的性质,指水滑石焙烧后形成的复合金属氧化物(LDO)在水溶液中会重新水合构筑形成水滑石结构。早在21世纪90年代,有学者发现在玄武岩玻璃(主要成分为     

高岭石—聚丙烯腈夹层复合物的制备

作者通过XRD和IR等手段研究了高岭石－聚丙烯腈夹层复合物的形成过程。通过对高岭石／DMSO（二甲亚砜）、高岭石／乙酸铵等中间复合物的置换反应，成功地将丙烯腈单体引入高岭石层间。XRD谱表明高岭石层间被插入有机分子后，其层间距增大；IR谱显示有机分子与高岭石的外羟基可能以氢键的形式相互作用。在有引发剂的存在下，实现了丙烯腈单体在高岭石层间的聚合。     

镁锰水滑石氧化沉淀法制备及其热分解特性研究

采用氧化沉淀法制备了摩尔比为2∶1、3∶1、4∶1的3种镁锰水滑石,通过粉末X射线衍射、红外光谱和热重-差热分析等手段对合成的样品进行结构表征。研究结果表明,采用氧化沉淀法成功制得了不同摩尔比的镁锰水滑石,且所制得的水滑石结构完整、晶相单一。然后以合成的镁锰水滑石为前驱体,采用XRD表征研究了其在不同温度下热分解产物的物相变化规律。