介孔型柱撐蒙脫石的制備與表征.pdf

1、柱撐粘土是礦物材料的一種，它是一種由聚合無機(jī)陽離子或有機(jī)離子(分子)插入粘土礦物中而形成的一種具有二維孔洞的礦物材料，具有比表面積大、熱穩(wěn)定性好、表面酸性強(qiáng)以及孔徑可變等特性，因此在催化、污水處理、抗菌材料、光功能材料、離子導(dǎo)體、制藥、納米級(jí)復(fù)合材料制備、核廢料處置等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，作為納米材料的柱撐蒙脫石的研究越來越受重視，但目前相關(guān)的研究主要集中在微孔柱撐蒙脫石的制備和應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)在制備技術(shù)和方法上還沒

2、有新的突破，而對(duì)具有巨大應(yīng)用潛力的介孔型柱撐蒙脫石的研究還處在探索階段。因此，如何突破柱撐蒙脫石的傳統(tǒng)方法和技術(shù)以制備介孔柱撐蒙脫石和提高反應(yīng)產(chǎn)率是目前蒙脫石研究中的一個(gè)極富探索意義的科學(xué)問題。
　　 本文以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和鋁多核陽離子作為改性劑，采用前驅(qū)體法制備了CTAB-Al-Mts介孔插層蒙脫石；以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和正硅酸乙脂(TEOS)作為改性劑，采用模板法制備了CTAB-Si-Mts介

3、孔柱撐蒙脫石。用X射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、差熱-熱重分析(DTA-TG)、化學(xué)分析、27Al MAS NMR、29Si MAS NMR、孔性分析(BET)研究了CTAB-Al-Mts和CTAB-Si-Mts的結(jié)構(gòu)、構(gòu)型特征、孔性特征及插層(柱撐)反應(yīng)機(jī)理。
　　 本研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《介孔柱撐蒙脫石的制備及表征》(批準(zhǔn)號(hào)：40372029)；廣東省自然科學(xué)基金：《有機(jī)柱撐粘土對(duì)典型污染物

4、的吸附作用及機(jī)理研究》(批準(zhǔn)號(hào)：05103410)和《介孔柱撐蒙脫石的制備及表征》(批準(zhǔn)號(hào)：030471)的資助。
　　 論文主要取得了以下研究成果：
　　 1、XRD結(jié)果表明，有機(jī)無機(jī)復(fù)合柱撐中，CTAB的濃度對(duì)于柱撐改性產(chǎn)物的層間距有著很大的影響。一般地，隨著CTAB濃度的增加，層間距隨之增大。
　　 2、差熱-熱重和化學(xué)分析表明CTAB-Al-Mts的層間既具有CTAB的結(jié)構(gòu)成分也具有多核A1離子的結(jié)構(gòu)成分

5、。隨著加入的CTAB濃度的增加，CTAB-Al-Mts質(zhì)量損失隨之遞增，而產(chǎn)物中CTAB的含量也是遞增的；插入的CTAB陽離子和羥基鋁陽離子聚合體之間存在著離子交換反應(yīng)。CTAB-Si-Mts中的SiO2含量隨著對(duì)應(yīng)有機(jī)插層粘土中CTAB加入量的增加而增加，CTAB的模板作用使TEOS很容易進(jìn)入到粘土層間而形成具有內(nèi)外硅孔的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過高溫煅燒形成類似于MCM-41的六方硅孔結(jié)構(gòu)。
　　 3、FTIR分析表明前驅(qū)體法制備的CTAB

6、-Al-Mts的疏水性隨著CTAB量的增加而增加；模板法制備的CTAB-Si-Mts經(jīng)過高溫煅燒的去模板處理后，樣品的層間水含量大幅度降低，Al-O(OH)八面體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞，且層間不存在CTAB和TEOS成份。
　　 4、NMR分析表明前驅(qū)體法制備的CTAB-Al-Mts的27AlMAS NMR譜隨著A1多核陽離子加入量的增加(CTAB加入量的減少)，A1Ⅳ和A1Ⅵ向高化學(xué)位移方向漂移，A1Ⅳ∶A1Ⅵ比值是增加的。模板法

7、制備的CTAB-Si-Mts樣品隨著CTAB量的增大，Q2的化學(xué)位移向Q3漂移，逐漸由似蒙脫石的層狀硅氧層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗芓EOS的網(wǎng)狀硅氧結(jié)構(gòu)。
　　 5、孔性分析表明前驅(qū)體法和模板法都可以得到介孔改性蒙脫石材料。模板法可以得到比前驅(qū)體法更大平均孔徑的介孔改性蒙脫石材料，說明CTAB與多核鋁離子的反應(yīng)和CTAB與TEOS在層間的反應(yīng)是不同的。采用前驅(qū)體法制備的樣品的孔性仍然屬于蒙脫石的孔性結(jié)構(gòu)，但是采用模板法得到的孔性結(jié)構(gòu)是硅氧層

8、和完全崩塌的粘土層一起形成的六邊形孔結(jié)構(gòu)。
　　 6、吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相同的條件下，不同樣品對(duì)磷酸根PO43-和對(duì)硝基苯酚的吸附能力是不同的，不同pH值溶液中的吸附劑對(duì)磷酸根的吸附率的影響不同，而堿性環(huán)境有利于提高對(duì)對(duì)硝基苯酚的吸附率。實(shí)驗(yàn)中所有樣品對(duì)磷酸根都顯示相同形狀和特征的C型吸附等溫線，屬于介孔材料對(duì)磷酸根的吸附；對(duì)對(duì)硝基苯酚的吸附等溫線為H型吸附等溫線，離子交換型的化學(xué)吸附為主，而且不同化學(xué)成分對(duì)對(duì)硝基苯酚顯示不同形