1、硅 酸 盐 学 报第 43 卷第 2 期 Vol. 43，N o. 220 15 年 2 月 February，2015JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYhttp:/ DOI： 10.14062/j.issn.0454-5648.2015.02.14季铵盐- 高岭石系列插层复合物的制备及结构表征刘钦甫，王 定，郭 鹏，张 帅，程宏飞，李晓光，张士龙(中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京 100083)摘 要：通过多次置换插层反应，以高岭石/甲醇插层复合物为中间体，将不同链长季铵盐分子插入高岭石层间，对其结构、形貌和插层机理进行了探讨。 结果
2、表明： 季铵盐分子在高岭石层间主要以全反转式构形存在， 季铵盐碳链长度对其插层复合 体的结构和形貌具有明显控制作用。 碳原子数小于 8 的 季铵盐在高岭石层间以单层平卧形式存在， 其形成的高岭石插层复合 体晶形仍为片状； 碳原子数大于等于 8 的 季铵盐在高岭石层间呈石蜡型倾斜双层形式排列， 且碳链与高岭石(001)晶面的夹角 随碳原子数增大而减小。 碳原子数大于等于 8 的季铵盐 进入高岭石层间 ， 将导致高岭石晶层的卷曲， 形成纳米卷或管， 且随 季铵盐碳链长度增加，高岭石片层卷曲程度加深，纳米卷的数量增多。关键词：高岭石；季铵盐；碳链长度；纳米卷中图分类号：P 578.964；TQ 32
3、4.4网络出版时间：2 0150203 15:03:01文献标志码：A 文章编号：0 4545648(2015)02022209网络出版地 址： http:/ and Structural Characterization of Kaolinite Intercalation Compounds withSeries of Quaternary Ammonium SaltLIU Qinfu, WANG Ding, GUO Peng, ZHANG Shuai, CHENG Hongfei, LI Xiaoguang, ZHNAG Shilong(School of Geoscience and
4、Surveying Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083, China)Abstract: Kaolinite intercalation compounds with series quaternary ammonium salt prepared through displacement intercalation werecharacterized.The intercalation mechanism, the arrangement of quaternary ammonium sal
5、ts between kaolinite layers and the thermal stability and morphology of intercalation complexes were investigated. The results show that the quaternary ammonium salts between kaolinite layers mainly arrange as all-trans configuration, and their carbon chain length has a significant effect on the str
6、ucture and morphology of intercalation complexes. The quaternary ammonium slats with short carbon chains (i.e., the carbon number was 85%)。 值 得 注意 的 是 ， K-HTAB(碳 数 为 6)几 乎 未 发 生 卷 曲 (1%)，K-MTAC(碳数为 8)纳米 卷产率却大于 85%。 两者形 貌 发 生巨 然变 化 ，再 一次 明 确证 明季 铵 盐的 碳原 子数 对 其插 层复 合 物结 构和 形 貌的 控制 作 用： 即碳 原子数大于等于 8 的季
7、铵 盐进入高岭石层间，将导致 高岭石晶层的卷曲，形成纳米卷或管。在 TEM 中 ， 高 岭 石 季 铵 盐 插 层 复 合 物 形 成 的纳 米 卷 外 径 约 为 1590 nm， 长 度 为 2401 360 nm， 其 长 度 与 外 径 比 值 约 为 13:148:1。 经 统 计 发 现 ， 绝 大 多 数 纳 米 卷 外 径 集 中 于 1530 nm ， 长 度 400900 nm， 长 径 比 13:130:1。 此 外 ， 具 有 良 好 假 六 方 片 状 晶 形 颗 粒 大 多 沿 六 方 片 状 边 缘 卷 起 (形成 大 于 边 缘 长 度 的 纳 米 卷 或 部
8、分 卷 起 )， 晶 形 受 破 坏 颗 粒 易 从 晶 形 较 差 处 卷 起 (形 成 纳 米 卷 或 部 分 卷 起 )。 部 分 纳 米 卷 形 成 于 假 六 方 片 状 边 缘 交 叉 处 ，受 边 缘 重 合 角 影 响 ， 通 常 形 成 外 径 较 小 的 纳 米 卷(或 部 分 卷 起 )。 不 同 季 铵 盐 插 层 复 合 物 各 自 形 成 的 纳 米 卷 外 部 形 态 相 似 ： 管 壁 较 平 直 ， 极 少 数 发 生 弯 折 ； 管 长 、 外 径 较 一 致 。石 插 层复 合体 晶 形仍 为片 状 ；而 碳原 子 数大 于等 于8 的 季铵 盐进 入 高
9、岭 石层 间 ，将 导致 高 岭石 晶层 的 卷曲， 形成纳 米卷或管， 且 随季铵盐碳链长度增加 ， 高岭石卷曲程度加深，纳米卷的数量增多。参考文献:1 KOMORI Y, SUGAHARA Y. Intercalation of alkylamines and water into kaolinite with methanol kaolinite as an intermediate J. Appl Clay Sci, 1999, 15: 241252.SINGH B, GILKES R J. An electron optical investigation of the altera
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17、主 要以 有序 方式排列，即全反式构形。2) 不 同 季 铵 盐 分 子 在 高 岭 石 层 间 的 排 列 方 式 不同。基于全反式构形，碳原子数小于 8 的季 铵盐 在 高 岭石 层间 以 单层 平卧 形 式存 在； 碳 原子 数大 于 等于 8 的季 铵盐在高岭石层间呈石蜡型倾斜双层形 式排列， 且碳链与高岭石(001) 晶面 的夹角随碳原子 数增大而减小。3) 高 岭 石 -季 铵 盐 系 列 插 层 复 合 物 的 热 分 解 可 大 致 分 为 4 个 阶 段 ： 复 合 物 中 吸 附 水 的 逸 出 (100 )、 层间季铵盐分解(300 )、插层复合 物的脱羟基作 用 (60
18、0 )、高岭石重结晶形成莫来石。4) 季 铵 盐 的 碳 链 长 度 对 其 插 层 复 合 物 形 貌 具 有控制作用：碳原子数小于 8 的季 铵盐形成的高岭101112131415 230 硅酸盐学报 J Chin Ceram Soc, 2015, 43(2): 222230 2015 年1419.BRINDLEY G W, MOLL W F. Complexes of natural and syntheticCa-montmorillonites with fatty acids J. Am Miner, 1965, 50:13551370.VAIA R A, TEUKOLSKY R
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