异相水热合成皂石片层微结构与表面固体酸性的影响因素

发布时间：2018-05-16 11:10

  本文选题：异相水热法 + 皂石　； 参考：《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》2015年硕士论文

【摘要】：异相水热反应不仅可以提供一个骨架离子的适度过饱和环境,而且其新相成核所需逾越的能垒较低,因而与均相水热法相比,它更有利于晶体的形成和生长,也更接近自然界中的水-岩反应。皂石由于其资源稀少,性能优异,常用水热法进行人工合成。水热反应的温度压力以及金属离子的占位对皂石的组成、片层微观结构、层电荷密度与表面酸性有着很大的影响。其中,皂石的纯度、结晶度与固体酸性是评价皂石结构与性能的最重要的几个指标。它们影响着皂石催化、络合、接枝、离子交换等反应的活性位点与作用机制,决定着皂石能否在吸附、络合、催化等工业领域中广泛应用。另一方面,研究异相水热法合成皂石的影响因素、反应机制以及皂石的固体酸性,还可以为探讨天然蒙皂石矿床的的形成提供一定的理论依据。本研究采用异相水热合成法,即固定初始物料中氧化镁的添加量,硅与铝的添加量之和(摩尔比)为一定值(Mg:(Si+Al)=3:4),在不同的合成温度和时间条件下合成了一系列不同Si/Al比的矿物样品。利用X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、热分析(TG-DTG)、透射电子显微镜(TEM)、29Si魔角旋转核磁共振谱(29Si MAS NMR)、27Al魔角旋转核磁共振谱(27Al MAS NMR)等现代测试技术和谱学方法对产物进行结构研究,证实所获样品为三八面体皂石。同时揭示了异相水热合成条件对皂石的形成机制、结晶度、表面酸性、热分解特性等理化性质的影响机制。论文所取得的研究结果如下:一、证实了合成产物为皂石,揭示了异相水热合成条件对皂石的物相与结晶性能的影响XRD结果显示主要为皂石的特征衍射峰。其中,Si/Al在5.43~7.89之间时,所得样品中皂石结晶度较高,c轴方向片层堆垛较有序。延长反应时间和提高反应温度可以促进皂石的结晶,减少杂相。Si/Al为5.43、反应温度为300℃、反应时间为24 h或者更长的条件下可获得较为纯净的皂石。二、阐明了异相水热合成皂石的反应机制异相水热合温度显著影响皂石的形成机制。较低温度系列(160℃)异相水热条件下,皂石的形成机制:氧化镁首先水化成水镁石,然后水镁石缓慢释放出Mg2+,与溶液中部分Si4+和Al3+直接反应,形成皂石。溶液中局部过量的Si4+和Al3+则形成如方沸石、方钠石的杂相。随着Mg2+的逐步释放,上述杂相又逐步溶解释放出Si4+和Al3+,继续形成皂石。较高温度系列(300℃)异相水热条件下,皂石的形成机制:氧化镁首先水化成水镁石,水镁石快速释放Mg2+,部分与Si4+和Al3+直接形成皂石。同时由于溶液中分别存在Si4+和Al3+的局部过量和Mg2+的局部过量,分别产生钠霞石和蛇纹石。随着反应的继续进行,溶液中的离子被逐渐消耗,钠霞石又逐步溶解释放Si4+和Al3+,进而使蛇纹石逐渐转变成皂石。 三、揭示了1:1型矿物可以向2:1型矿物进行转变通过XRD、TEM以及MAS NMR等系列表征手段证实在高温碱性富硅溶液中1:1型蛇纹石可以转变成2:1型皂石,其转变过程可能是一个先溶解再结晶的过程。四、证实了皂石固体酸性中的B酸受四面体中Al3+→Si4+的影响所合成皂石的固体酸类型中L酸占主要部分,B酸含量相对较少。所合成皂石的固体酸强度中弱酸占主要部分,中酸含量相对较少。皂石中的B酸基本都是中酸,而L酸大部分都是弱酸。皂石的B酸位主要来自其四面体中的Al3+→Si4+取代,四面体中Al取代的量越多,其B酸量也越多,L酸则主要来自端面的断键。
[Abstract]:A series of mineral samples with different Si / Al ratios were synthesized by means of XRD , FTIR , 29Si MAS NMR , 27Al MAS NMR and 27Al MAS NMR . In this paper , the formation mechanism of saponite is obtained under the condition of low temperature series ( 160 鈩，

本文编号：1896599