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反复插层对高岭石结构和性能的影响浅析论文

高岭石是一种重要的粘土矿物，已被广泛应用于橡胶、塑料、环保等领域。同时，纳米级高岭石是一种重要的化工原料，可显著提高产品的档次，增加产品的附加值，目前，插层法是最有希望也是最有效的制备纳米级高岭石的方法。经过多次插层与脱嵌得到的高岭石具有足够的活性，可与部分2价盐类发生插层反应，但插层与脱嵌的重复次数与高岭石类型有关，不同的高岭石可能要经过2次甚至几十次不等的插层与脱嵌循环。Thompson等通过多次插层与脱嵌反应得到无定形高岭石，其比表面积由5 m2/g增至45 - 400 m2/g离了交换容量由 mmol/g增至3 mmol/g，且该材料可与多种金属离了发生反应。此外，Patakfalvi等在65 0C直接利用二甲基亚飒CDMSO对高岭石进行插层，多次插层后使高岭石完全解体，最终达到了剥片的目的。Singh等为了验证在水合作用下片状高岭石是否会发生卷曲，利用醋酸钾对高岭石进行多次插层与水洗反应，不仅证实了该假设，并最终得到了埃洛石状高岭石。

尽管前人对高岭石多次插层与脱嵌进行了研究，但多集中在对产物的加工，而对多次插层与脱嵌后高岭石结构及性能研究甚少。本研究分别利用二甲基亚飒CDMSO和去离了水对高岭石进行重复的插层与水洗，并采用X射线衍射CXRD、傅立叶变换红外光谱FT-IRS旋转魔角核磁共振MAS NMR扫描电镜SEMI对插层和水洗产物进行表征，以期确定重复插层与脱嵌对高岭石结构及性能的影响。

1实验方法

原料及仪器

高岭土选白张家口宣化市沙岭了镇，高岭石含量达95 %，含少量石英。无水乙醇，分析纯;二甲基亚飒CDMSO，分析纯;上述两种试剂均由西陇化工股份有限公司生产。

X射线衍射CXRD分析采用日本理学公司的Rigaku D/MAX 2500 PC型X射线衍射分析仪，测试条件:扫描步宽:，管流40 mA，电压150 V，扫描速度4 (0)/min狭缝系统:DS=SS=10，RS= mm.

红外光谱(FT-IR)测试采用Nicolet 6700傅立叶红外光谱仪，采用KBr压片法制样，波数测试范围:600-4000 cm，分辨率4 cm.

核磁共振测试采用德国Bruker公司MSL-300型谱仪在室温条件下记录的，a9Si的谐振频率分别为 Hz, Hz，转了转速5kHz, 29Si的化学位移参照物分别为四甲2样品制备

称取50 g高岭石(K)置于100 mL质量分数为90%的DMSO溶液中，60 0C搅拌12h，得到高岭石/DMSO插层复合物(KD。将KD 置于去离了水中，常温搅拌1 d，离心分离获得水洗后产物.

2结果与讨论

XRD分析

高岭石/DMSO插层复合物的XRD图谱。经DMSO插层处理后，高岭石d值由原来的 nm增至 nm。该结果表明经DMSO插层后，高岭石的层间距被撑大，这与以前文献报道结果一致说明DMSO分了成功的进入高岭石层间。据Wiewiora和Brindley给出的.插层率计算公式计算得出第一次插层的插层率为 %.

分别给出了1,2,3......8,9,10次高岭石/DMSO插层复合物的XRD图谱。DMSO对高岭石进行插层一直保持着较高的插层率，且在重复插层6次之后高岭石衍射峰的强度儿乎消失，这是由于重复插层与水洗导致了高岭石层间氢键破坏，层间作用力减弱，从而插层剂更易于进入高岭石层间。经6次插层后，在2头150-350之间曲线向上凸起，表明其结构向无定型方向发展。据Wiewiora和Brindley的插层率计算公式，计算出各次插层复合物的插层率。由图3可看出，随着插层次数的增加插层率逐步增大，且在重复7次插层后插层率趋近100%，这可能与高岭石晶体结构的破坏有关，同时也证明了重复的插层与脱嵌过程对高岭石结构产生了重要影响。

红外光谱分析

高岭石(K)及经5次、10次水洗后高岭石红外光谱图。据Frost报道，可以将高岭石的红外光谱分为3个主要区:Ca)高频区:3700-3600 cm，范围，该区主要为经基仲缩振动带，谱图K中3620 cm，为内经基仲缩振动峰，3696 cm、3668 cm、3652 cm为内表面经基仲缩振动峰;Cb)中频区:1200-800 cm，处，呈现1个强的吸收带，主要为S i0仲缩振动带和经基解型振动;Cc)低频区:800-600 cm处，主要为Al。仲缩振动、S i0弯曲振动和经基平动。

原始高岭石(K)在3668cm和3652 cm出现2个谱带，这说明原始高岭石的结晶程度较高f H,91。对比发现，随着水洗次数的增加，内表面经基的仲缩振动带强度逐渐降低，同时内经基仲缩振动带强度在经历五次水洗后也开始减弱。经基振动带强度的减弱说明有部分经基脱去，上述现象说明不仅高岭石晶层表面遭到破坏，而且晶层内部(硅氧四面体与铝氧八面体之间)也受到了一定影响。高岭石与峰一直存在，这说明尽管高岭石结构遭到一定破坏，但晶体结构未发生崩塌。在中频区，1115 cm，处的SiO键仲缩振动强度逐渐减弱，1033 cm和1008 cm，的SiO键反仲缩振动峰的强度逐渐减弱并有消失的趋势，这可能与内经基的脱去有关。913cm处的内经基振动峰强度逐渐减小。低频区，峰强均有减小的趋势。无论原始高岭石还是经水洗后的高岭石，其化学键或官能团在红外光谱上的波数并未发生大的改变，只是各个峰的强度均有不同程度的下降，这说明高岭石经10次插层、水洗后部分化学键或官能团遭到破坏，使得其数量减少。

3结论

(1)部分内表面经基与部分内经基脱去。经基以结构水形式脱去，但其脱去并未对高岭石硅氧骨架产生影响。此外，随着水洗次数的增加，高岭石无序度增加，叠置片层减少，晶形遭到一定破坏。

(2)尽管化学位移发生了变化，但Si原了与AI原了聚合度保持不变，高岭石主体仍呈层状结构。Si谱化学位移的变化是由结构层内键长、键角的变化所致，而AI谱化学位移的变化可能与内表面经基的脱去有关。

(3)实验最终产物可能为高岭石向偏高岭石转变的中间状态产物。水洗产物的MASNMR29Si图谱变化与高岭石向偏高岭石转变过程中的图谱变化相似，但XRD, IR, MAS NMRZAI图谱表明最终产物仍为高岭石，故由此推断高岭石可能正在向偏高岭石方向转变。