有机柱撑蒙脱石的研究与进展

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北京化工大学

研究生课程论文

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有机柱撑蒙脱石的研究与进展

摘要

粘土矿物的柱撑反应是制备孔材料、有机——无机纳米复合层状材料的有效方法之一。蒙脱石由于其典型的2:l型层状结构和大的层间可交换阳离子容量(CEC)令其在粘土柱撑实验研究中占到了主导地位。蒙脱石有机柱撑反应对于探测蒙脱石内部微结构特征、了解柱撑产物体系中有机物与矿物的作用机制和有机物在层间域内的性质、构型研究都具有重要意义。蒙脱石有机柱撑产物不仅具有粘土矿物特有的吸附性、分散性、流变性、多孔性和表面酸性,还具有有机化合物的多变功能基团和反应活性,作为新型矿物材料,在催化剂、功能载体、吸附剂、填料和纳米复合层状材料等方面均具有广阔的应用前景，有机柱撑离子的选择目前最多的是具有一定链长的季铵盐类阳离子表面活性剂, 本文主要研究以季铵

盐类阳离子表面活性剂为柱撑剂, 对蒙脱石进行有机柱撑。

关键词：有机柱撑；蒙脱石；阳离子表面活性剂

Abstract

Pillaring reaetion has been well known as one of the significant methods to prepar porous materials and inorganie一organie nanocomposites. Montmorillonite is a major host mineral for the pillaring reaetion beeause of its 2:1 sandwich-like structure and the exchangeable eations between the alile pillaring Reaction has an important signification for researehing the monimorillonite miero structure and understanding the reaction mechanism between natural organic matters and minerals. Organic pillared montmorillonite possesses not only the unique adsorptivity, dispersivity, porosity, rheologieal behavlor and surface acidity of the clay mineral but also the multivariate funetional groups and the reaetivity of the organic compound. As a new type of mineral materials, it has extensive potential applieation in catalysts, functional supporter, adsothents,fillerand layered silieate nanoeomposites.The choice of organic pillared ion at present most is a certain chain of quaternary ammonium salt cationic surfact ant. In this paper, pillared montmorillonite were studied by pillaring quaternary ammonium salt cationic surfactant into it.

Keywords: Organic pillared ;Montmorillonite; Cationic surfactant

前言

有机柱撑粘土(Organic Pillared Interlayer Clays ,OPI LCs)是有机分子(离子)通过离子交换方式或直接进入粘土矿物层间并使粘土矿物层间域微环境改变的一类有机——无机复合材料。经过有机柱撑处理的层状硅酸盐粘土矿物因性能优异，近年来越来越引起人们的关注。研究表明,有机物质进入层间后能够改变蒙脱石层间域微环境的空间尺寸、孔隙大小、分布及表面物理化学性质,所获得的具有层柱状结构、憎水亲油性、膨胀性等性质的柱撑粘土材料在环境保护、传感器、塑料橡胶填料、制药、纳米级复合材料方面都有广泛的应用前景。

1、有机柱撑粘土的起源及进展

有机柱撑粘土的研究始于20世纪三四十年代。最初是在简单有机物复合粘土矿物中发现某些简单有机化学物质能够将纯蒙脱石中可交换无机阳离子替换出来,接着又发现一些极性有机分子不通过离子交换即可进入粘土矿物层间。Lee 等报导了四甲基胺交换的有机粘土能吸附苯、甲苯、二甲苯;吴平霄等发现表面活性剂改性的柱撑粘土不仅能从水溶液中吸附酚类污染物,而且被吸附

的载体在一定温度下处理后能被重复使用。P oly ethyleneoxide (PEO)盐络合物嵌入蒙脱石可制成导电复合材料。同时,国外有报导用聚酰亚胺、环氧树酯等柱撑的粘土来制备贮藏材料、纳米复合材料[12 ]。Jian[13 ]用52氟二氧嘧啶(一种抗癌药物)插入提纯蒙脱石层间作为药物研究。朱利中等用两种有机离子同时柱撑的研究取得了一定成果。上述研究表明,有机柱撑蒙脱石作为一种多用途新型材料在生产和生活的众多方面都有很好的应用前景。有机分子进入层间,矿物的层间距会发生变化。

有机柱撑离子的选择目前最多的是具有一定链长的季铵盐类阳离子表面活性剂,比如：十六烷三甲基氯化铵、十二烷三甲基氯化铵,十八烷基三甲基氯化铵等;也有采用阴离子型的表面活性剂来进行柱撑,如:十二烷基苯磺酸钠;采用中性有机分子来柱撑的有:有机聚合分子如聚乙烯等。利用长链烷基季铵盐有机阳离子(如HDTMA十)制成的有机粘土矿物中,阳离子的N十端被吸附在带有负电荷的粘土表面,烷基链相互挤在一起形成一有机相,离子交换后的粘土矿物不仅层间距扩大,而且其表面由亲水性变成亲油性。所形成的有机相的厚度取决于粘土矿物