高嶺土插層復(fù)合dmso的制備及表征

通過涂層法，有機分子可以插入高嶺石層之間，形成高嶺石的有機配合物。在保持高嶺石結(jié)構(gòu)的同時,使高嶺石層間的作用力減弱,達到層與層之間剝離,從而使其粒徑減小,降低高嶺土顆粒的粒度甚至達到納米級高嶺石屬于高嶺石亞族,是典型的1:1型二八面體層狀硅酸鹽。高嶺石的基本晶層單元是由一層硅氧四面體[SiO目前國內(nèi)外對高嶺石/DMSO插層復(fù)合物進行了很多研究,采用磁力攪拌1實驗1.1嶺石及堿土元素含量實驗用原料為河北張家口細晶質(zhì)高嶺土,結(jié)晶度指數(shù)為1.03,高嶺石含量為95%,粒度為325目(44μm),其成分見表1。DMSO,分析純,ρ=1.10g/mL,西隴化工股份有限公司。無水乙醇,分析純,北京化工廠。蒸餾水,實驗室自制。1.2dmso的制備采用攪拌的方法制備高嶺石插層復(fù)合物。分別稱取高嶺土、DMSO和蒸餾水,按一定的比例混合攪拌,在不同的時間和溫度下進行反應(yīng),反應(yīng)結(jié)束后,用無水乙醇離心洗滌2次,除去表面的殘余DMSO,然后將底部溶液滴于載玻片上形成定向片,自然風干,其余樣品在60℃干燥。1.3結(jié)構(gòu)曲線ftir法用日本RIGAKU公司的D/max-rA12kW旋轉(zhuǎn)陰極X射線衍射儀測定X射線衍射(X-raydiffraction,XRD)譜,其測定條件:Cu靶;電壓,40kV;電流,100mA;掃描步寬,0.02°;狹逢系統(tǒng);α采用美國Thermofisher公司生產(chǎn)的Nicolet6700型Fourier變換紅外(Fouriertransforminfrared,FTIR)光譜儀測樣品的FTIR光譜,KBr壓片法制備樣品,掃描范圍為4000～400cm熱分析采用瑞士梅特勒–托利多公司產(chǎn)的TGA/DSC1/1600HT型同步熱分析儀,溫度為30～1100℃,升溫速率為10℃/min。有機分子插層高嶺石使其沿c軸膨脹,即高嶺石的層間距d式中:I1.4高嶺石/dmso插層應(yīng)的影響因素采用正交法分析溫度、反應(yīng)時間、水以及高嶺石固含量對高嶺石/DMSO插層應(yīng)的影響顯著程度,具體因素與水平條件如表2所示,采用L16(42結(jié)果與討論2.1間使層間距的影響高嶺石與DMSO作用后,DMSO插入高嶺石層間使層間距增大。圖1為高嶺石和高嶺石/DMSO插層復(fù)合物的XRD譜。從圖1可以看出:高嶺石的結(jié)晶有序度較高,結(jié)晶指數(shù)為1.03,屬于有序類型2.2dmso與高嶺石層間的化學鍵合圖3為高嶺土和高嶺石/DMSO插層復(fù)合物的FTIR譜。從圖3可以看出:高嶺土與DMSO相互作用后,復(fù)合物的FTIR譜上出現(xiàn)了DMSO的特征峰,并且高嶺石特征峰的強度和位置也發(fā)生了變化,這說明DMSO與高嶺石之間發(fā)生了化學鍵合,DMSO插入到高嶺石的層間。DMSO是一種極性有機小分子,具有很大的偶極距,屬于質(zhì)子受體型插層劑,其官能團—S=O—可以接受質(zhì)子與高嶺土層間的鋁羥基形成氫鍵從而吸附于高嶺石層間。高嶺石晶層含有2種類型的羥基:一種是位于高嶺石層間鋁氧八面體的表面與硅氧面形成氫鍵,稱為外羥基或內(nèi)表面羥基(OuOH);另一種是位于層間,稱為內(nèi)羥基(InOH)。它們在FTIR譜上的特征峰位于高頻區(qū)域,其中:3694.62、3686.69cm2.3熱diffikegats圖4為高嶺石和高嶺石/DMSO插層復(fù)合物的熱重(thermogravimetry,TG)和差熱(differentialthermalanalysis,DTA)曲線。從高嶺石的TG–DTA譜線看出:高嶺石只有一個位于420~650℃左右的質(zhì)量損失平臺,質(zhì)量損失率為13.55%,這是由于高嶺石的脫羥基作用引起的,而在900~1000℃左右的放熱峰則歸因于莫來石或γ-Al2.4高嶺石/dmso插層反應(yīng)的影響因素采用正交方法以插層率為評價指標分析了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、水以及高嶺石固含量對高嶺石/DMSO插層反應(yīng)的影響顯著程度。計算結(jié)果和用數(shù)理統(tǒng)計方法統(tǒng)計得到的數(shù)值列于表3中。2.4.1不同的插層率直接比較16次的分析結(jié)果,由表3中可以看出,獲得產(chǎn)物的插層率最高的是樣品12。實驗基本條件為:溫度75℃,反應(yīng)時間36h,含水量5%,高嶺土的質(zhì)量分數(shù)5%。2.4.2主要影響因素的差異正交試驗中各個因素對插層率的影響程度不同,通過進行極差R計算分析(該因素實驗平均值的最大值與最小值之差)來區(qū)分主次,因素的極差越大,說明該因素對試驗指標的影響越顯著,該因素就是主要影響因素,反之,就是次要影響因素。從表3可以看出:對于插層率,4個因素的影響主次順序為反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、水、高嶺石固含量。2.4.3最佳反應(yīng)條件組合效應(yīng)曲線趨勢如圖5所示,以各個因素的水平為橫坐標,各個因素的指標平均數(shù)為縱坐標繪制得到。選取各個因素的最佳水平組成一個組合,即為最佳反應(yīng)條件。從圖5可以看出最佳因素組合為:溫度75℃;時間36h;含水量10%;高嶺石固含量15%。但是從圖5a可以看出:在60～70℃區(qū)域有一個拐點,在高嶺石固含量曲線圖中,插層率也一直在升高,這有待于進一步的研究。2.4.4溫度、時間、水、嶺石固含量對插層率的影響方差分析是判斷各因素對實驗指標影響是否顯著的依據(jù)。表4為實驗的方差分析結(jié)果。從表4可以看出:當取顯著水平α=0.1時,溫度的F臨界值大于F值,因此,溫度對于插層率的影響是顯著的,根據(jù)其他因素的F臨界值與F值的比較,對插層率的影響顯著程度依次為溫度、時間、水、高嶺石固含量。2.5影響因素的理論分析2.5.1溫度影響在插層過程中,有機分子進入高嶺石層間形成新的價鍵,分子趨向有序化排列,在熱力學上是一個熵減的過程2.5.2率降低發(fā)從效應(yīng)曲線圖看出,少量水的存在對插層作用的進行是有利的,水量過多插層率反而下降。分析認為:一方面,由于水對有機分子的作用促進插層反應(yīng),DMSO在常溫下是液態(tài),分子間因氫鍵締合成環(huán)狀,少量的水可以起到催化劑的作用破壞環(huán)氫鍵,使DMSO分子發(fā)生解離成為單體,從而有利于插層反應(yīng)的進行2.5.3時間對插層率的影響插層反應(yīng)的時間也是影響插層率的重要因素之一,從圖5b看出:隨著反應(yīng)時間的遞增,插層率是逐漸增大的。但是在溫度較低時,反應(yīng)時間對插層率的影響較大,在30℃時,插層率隨著反應(yīng)時間的增加呈線性關(guān)系迅速增大,而在溫度較高時,插層率隨著時間的延長趨于緩和,變化不大。2.5.4高嶺石固含量的影響高嶺石固含量對插層反應(yīng)也具有一定的影響3最佳組合條件采用正交實驗分析了反應(yīng)溫度,反應(yīng)時間,含水量以及高嶺石固含量對高嶺石/DMSO插層復(fù)合物插層率的影響顯著程度,結(jié)果表明:反應(yīng)溫度對插層率具有顯著影響,為主要影響因素;反應(yīng)時間和含水量次之,高嶺石固含量的影響顯著程度最低。最佳組合條件為:反應(yīng)溫度75℃,反應(yīng)時間36h,