本文選題：異相水熱法 + 皂石　； 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所)》2015年碩士論文

【摘要】：異相水熱反應(yīng)不僅可以提供一個(gè)骨架離子的適度過(guò)飽和環(huán)境,而且其新相成核所需逾越的能壘較低,因而與均相水熱法相比,它更有利于晶體的形成和生長(zhǎng),也更接近自然界中的水-巖反應(yīng)。皂石由于其資源稀少,性能優(yōu)異,常用水熱法進(jìn)行人工合成。水熱反應(yīng)的溫度壓力以及金屬離子的占位對(duì)皂石的組成、片層微觀結(jié)構(gòu)、層電荷密度與表面酸性有著很大的影響。其中,皂石的純度、結(jié)晶度與固體酸性是評(píng)價(jià)皂石結(jié)構(gòu)與性能的最重要的幾個(gè)指標(biāo)。它們影響著皂石催化、絡(luò)合、接枝、離子交換等反應(yīng)的活性位點(diǎn)與作用機(jī)制,決定著皂石能否在吸附、絡(luò)合、催化等工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。另一方面,研究異相水熱法合成皂石的影響因素、反應(yīng)機(jī)制以及皂石的固體酸性,還可以為探討天然蒙皂石礦床的的形成提供一定的理論依據(jù)。本研究采用異相水熱合成法,即固定初始物料中氧化鎂的添加量,硅與鋁的添加量之和(摩爾比)為一定值(Mg:(Si+Al)=3:4),在不同的合成溫度和時(shí)間條件下合成了一系列不同Si/Al比的礦物樣品。利用X射線衍射(XRD)、傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、熱分析(TG-DTG)、透射電子顯微鏡(TEM)、29Si魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振譜(29Si MAS NMR)、27Al魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振譜(27Al MAS NMR)等現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和譜學(xué)方法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究,證實(shí)所獲樣品為三八面體皂石。同時(shí)揭示了異相水熱合成條件對(duì)皂石的形成機(jī)制、結(jié)晶度、表面酸性、熱分解特性等理化性質(zhì)的影響機(jī)制。論文所取得的研究結(jié)果如下:一、證實(shí)了合成產(chǎn)物為皂石,揭示了異相水熱合成條件對(duì)皂石的物相與結(jié)晶性能的影響XRD結(jié)果顯示主要為皂石的特征衍射峰。其中,Si/Al在5.43~7.89之間時(shí),所得樣品中皂石結(jié)晶度較高,c軸方向片層堆垛較有序。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間和提高反應(yīng)溫度可以促進(jìn)皂石的結(jié)晶,減少雜相。Si/Al為5.43、反應(yīng)溫度為300℃、反應(yīng)時(shí)間為24 h或者更長(zhǎng)的條件下可獲得較為純凈的皂石。二、闡明了異相水熱合成皂石的反應(yīng)機(jī)制異相水熱合溫度顯著影響皂石的形成機(jī)制。較低溫度系列(160℃)異相水熱條件下,皂石的形成機(jī)制:氧化鎂首先水化成水鎂石,然后水鎂石緩慢釋放出Mg2+,與溶液中部分Si4+和Al3+直接反應(yīng),形成皂石。溶液中局部過(guò)量的Si4+和Al3+則形成如方沸石、方鈉石的雜相。隨著Mg2+的逐步釋放,上述雜相又逐步溶解釋放出Si4+和Al3+,繼續(xù)形成皂石。較高溫度系列(300℃)異相水熱條件下,皂石的形成機(jī)制:氧化鎂首先水化成水鎂石,水鎂石快速釋放Mg2+,部分與Si4+和Al3+直接形成皂石。同時(shí)由于溶液中分別存在Si4+和Al3+的局部過(guò)量和Mg2+的局部過(guò)量,分別產(chǎn)生鈉霞石和蛇紋石。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行,溶液中的離子被逐漸消耗,鈉霞石又逐步溶解釋放Si4+和Al3+,進(jìn)而使蛇紋石逐漸轉(zhuǎn)變成皂石。 三、揭示了1:1型礦物可以向2:1型礦物進(jìn)行轉(zhuǎn)變通過(guò)XRD、TEM以及MAS NMR等系列表征手段證實(shí)在高溫堿性富硅溶液中1:1型蛇紋石可以轉(zhuǎn)變成2:1型皂石,其轉(zhuǎn)變過(guò)程可能是一個(gè)先溶解再結(jié)晶的過(guò)程。四、證實(shí)了皂石固體酸性中的B酸受四面體中Al3+→Si4+的影響所合成皂石的固體酸類型中L酸占主要部分,B酸含量相對(duì)較少。所合成皂石的固體酸強(qiáng)度中弱酸占主要部分,中酸含量相對(duì)較少。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酸位主要來(lái)自其四面體中的Al3+→Si4+取代,四面體中Al取代的量越多,其B酸量也越多,L酸則主要來(lái)自端面的斷鍵。
[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，

本文編號(hào)：1896599