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《高岭石／乙酰胺插层复合物的制备及结构表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、高岭石／乙酰胺插层复合物的制备及结构表征卷(Volume)27,期(Number)2,总(Tota1)108页(Pages)7—11,2007,6,(Jun,2007)矿物岩石JMINERALPETROL高岭石/乙酰胺插层复合物的制备及结构表征张生辉,王振中,沈承金,夏华f?中国矿业大学材料科学与工程学院,江苏徐州22oo8]I2.中国地质大学材料科学与化学工程学院,湖北武汉430074I【摘要】乙酰胺在熔融状态下直接插层高岭石,产物经无水乙醇洗涤,得到纯净的高岭石/乙酰胺插层复合物.XRD结果显示高岭石层间距
2、从0.721llm膨胀到1.102Ylm.插层作用使得高岭石内表面羟基伸缩振动峰由3651cm移动至3647cm处,变形振动峰由911cm-1移动至907cm-_处;乙酰胺3211cm和3390cm处NH2基伸缩振动峰消失,并在3478cm处产生一新的振动峰,这些表明原高岭石层问氢键的损失及与乙酰胺分子之间氢键的形成.高岭石内羟基的吸收峰由3616cm移动至3611cm处,以及其硅氧面的骨架振动峰变化表明乙酰胺的甲基中CH嵌入到高岭石的复三方空穴中.进而构建高岭石/乙酰胺插层复合物的结构模型,结果表明该模型的理
3、论计算值与实际测量结果具有很好的一致性.【关键词】高岭石;乙酰胺;插层;插层复合物;取向中图分类号:TQ324.4文献标识码:A文章编号:1001—6872(2007)02～0007—05高岭石[AlSiO.(OH).]是典型的1:1型层状硅酸盐,其晶体结构是由硅氧四面体片层和铝氧(Al一(O,OH))八面体片层在C轴方向上作周期性交替排列而形成的层状结构.高岭石的层内存在强烈的共价键作用,层间硅氧面和铝氧面则是一种弱的氢键作用力.某些有机分子可以打断高岭石层间的氢键,与高岭石的内表面羟基或内表面氧形成氢键,直
4、接或间接地插入高岭石层间,形成高岭石/有机插层复合物.这种复合物不同于传统的复合材料,其微区通常为纳米尺度,在其内部各组分的协同作用下会产生一些母体所不具备的特异性质,如高性能有机纳米陶瓷[1],非线性光学材料[2],电流变液l3等,从而具有广泛的应用前景.高岭石的层间一面是四面体的硅氧烷基(Si—O)和复三方孔穴,另一面是八面体的羟基(OH),这种特殊的层间环境和层状结构特征有利于层间有机分子的定向性研究,层间分子自组装和分子识别l.此外,在医药领域,还可以研究活性复合物的缓释作用[s].可见对于高岭石插层复
5、合物的研究,具有十分重要的意义.热力学基本原理认为:任何一个化学反应能够自发进行的条件是,在等温等压的条件下,反应的Gipps自由能AG应该小于零.有机插层剂插入到高岭石的层间后,分子的活动性受到限制,分子排列趋向更加有序,在热力学上是个熵减过程,因此插入过程是否能够进行就取决于插入反应的焓变.若反应是放热反应,即焓变△H<O,且有I△HI>丁IAS收稿日期:2006～11—18;改回日期:2007—03—15基金项目:中国矿业大学青年基金(E200401);中国矿业大学科技专项基金(ZK0005)
6、作者简介:张生辉,男,29岁,硕士生,矿物学,岩石学专业,研究方向:矿物纳米复合材料,E—mail:shengghui—zhang@163.tom矿物岩石2007l,插入过程就可以进行.只有当有机物(插层剂)与高岭石层片间存在着特殊的相互作用时,反应的△H<0才有可能.乙酰胺为质子活性的极性分子,分子中含有氨基(NH)和羰基(CO)两种官能团,既可接受质子与高岭石内表面羟基形成氢键,也可给出质子和四面体硅氧烷基形成氢键,使得乙酰胺分子能够满足热力学条件插层高岭石.Olejnik等和Frost等制备了高岭石
7、/乙酰胺插层复合物,但未报道具体细节,且所用的插层方法对插层复合物未经过洗涤处理,过量的乙酰胺未与复合物分离,这对于复合物的结构研究和性能表征产生很不利的影响.Frostf]认为,乙酰胺通过胺基和羰基与结晶度较好的高岭石内表面羟基和硅氧面氧同时形成氢键.但理论计算可知,乙酰胺分子胺基中的氢原子到羰基中的氧原子的最大距离为0.313nm,因此乙酰胺进入高岭石层间若如上发生键合,最多使层间距扩张0.313nm,这小于复合物的XRD测试得到的0.380nil3.;且此时,氨基中氢原子到羰基氧原子的连线应平行于高岭石c
8、轴,与羰基相连的甲基几乎平行于层间,不能改变高岭石内羟基的化学环境,无法解释内羟基红外伸缩振动峰的变化.本试验研究了高岭石/乙酰胺插层复合物的制备方法以及插层复合物的稳定性,用无水乙醇作为洗涤剂制备得到纯净的高岭石/乙酰胺插层复合物,并用x射线衍射(X-raydiffraction,XRD)和Fourier变换红外光谱(Fourier-transformedinfraredspectr
