黏土应用科学

剥落的蛭石使用过氧化氢与化学处理并使用微波热处理

西莉亚·马科斯伊

文章历史:

2013年6月6日收到

修订后的形式收到2013年10月31日2013年11月9日接受

2013年12月网上可查

关键词:

蛭石

膨胀

过氧化氢

微波

摘要

介绍了调查关于化学和热剥离的蛭石从圣诞Olalla(马德里竞技、西班牙),利比(美国蒙大拿州)和戈亚斯(巴西)。进行了四个实验:1)每个人都从圣诞Olalla样品反应,利比戈亚斯与过氧化氢溶液分别为30%和50%,在不同的时间为每个样本。2)用微波辐照的利比和戈亚斯样本20年代。3)戈亚斯样本与过氧化氢解反应30%至50%的质量,分别为20多功率的微波炉。4)突然的利比蛭石加热1分钟1000°C的烤箱一旦稳定(h ~ 2)。

原始和处理蛭石样本的特征x射线衍射(XRD)和热重量分析法;他们的化学成分是通过电子探针及其形态与光学和扫描电子显微镜检查。这项研究的结果,与过氧化氢的处理,表明:1)最纯粹样品像那些从圣诞Olalla遭受轻微变化(轻微的结构性障碍)和剥离低;而其他像利比,较高含量的铁和层间钾,可能遭受重大变化,通过层间的一个新阶段的形成阶段,和剥离品位较高。2)样品的表皮脱落速度增加与过氧化氢浓度和可能归因于更高的溶解和/或溶解大量的阳离子交换,如钠、钾、镁和铁。与微波辐射:1)没有重大的结构性变化的调查样本观察没有重大变化观察到x射线衍射模式的处理与未经处理的样品。2)从戈亚斯类似的样本,没有死皮与微波辐照时,片状剥落,当过氧化氢处理,同时用微波辐照几秒钟。

1 简介

蛭石是一种重要的层状硅酸盐2:1型粘土矿物，具有比较大的特殊区（0~ 100平方米/克）。水和其他无机物或有机物可吸附在能膨胀的夹层。因为它们的可用性和低成本，它们非常适合不同的应用。

通过热处理和化学方法，蛭石可以脱落。水分含量、层间阳离子和间层作用都在蛭石剥离中起重大影响。

众所周知，当蛭石在短时间内被强烈的高温加热（asymp;1000°C），位于层间的水则迅速变成蒸汽，对结构产生破坏性影响，结果形成一个多孔材料的热膨胀。热剥落发生在大约垂直于层面的方向。“剥离”被解释为由于层间水分子通过加热爆炸释放，使蛭石扩大到二十或三十倍的原始大小正常的基底断裂，并改变其结构。在脱水后，硅酸盐结构消失，一种新结构再现取决于层间阳离子及其容量，颗粒的大小和处理时间。最终阶段，单个的水分子倾向于被困在夹层内边缘附近的硅酸盐层的衔接处。

当蛭石被发现做为原料或膨胀材料使用于建筑产品、农业、园艺、声学、热绝缘体、吸附剂和其他应用程序中时，利用过氧化氢的化学程序已被应用于脱落或化学活化2:1型粘土矿物。采用化学活化天然蛭石作为描述多孔材料的制备。我们研究了在20 C和80°C间以30%的H2O2溶液反应蛭石，也研究了金云母石和蛭石被剥离成相同大小的薄片（厘米级）在不同的H2O2浓度（1–50%）在不同时长（1–30 h）中的反应。一些学者发现蛭石的XRD部分在H2O2溶液作用下并没有变化，然而其他的一些人却报告有变化。

本研究的目的是双重的：1）获得更多的数据。对于在H2O2溶液反应下的蛭石，是否发生了结构性变化。2）确保蛭石如同GOIaacute;（巴西）研究的那个一样，不是微波剥离，也不是微波辐射与H2O2化学反应同时发生的剥离。

2 实验

来自圣奥拉利亚（韦尔瓦，西班牙），GOIaacute;S（巴西）和利比（蒙大纳，美国）的蛭石样品为了避免人工挑选时这一样本消除了其他矿物，一拿到GOIaacute;S蛭石样本，我们就研究了它。

方形样品：圣奥拉利亚（黄绿色）

利比（深绿色）

平均尺寸为15times;9毫米，厚度为0.20–0.34毫米；其余的利比的样品平均尺寸为6times;6毫米，厚度0.1–0.4毫米。GOIaacute;S样品（褐色）的平均尺寸为1毫米times;1毫米，厚度0.08毫米—0.5毫米的。

通过用camebax—mbxsx-50电子探针通以15千伏的加速电压和15毫安的电流对利比的未经处理的样品进行了能量色散光谱化学分析。

四个实验：1）在同一室温，不同的时间下对来自圣奥拉利亚，利比和GOIaacute;的每一个样品分别以质量为30%和50%的过氧化氢溶液进行反应。2）分别对利比和GOIaacute;的样品用微波照射20 s，3）分别以30%和50%的过氧化氢溶液反应GOIaacute;的样品并用微波照射20秒4）对利比的蛭石样本在烤箱中一分钟快速稳定加热1000°C（2小时）。

第一和第三个实验程序如下：

1. 准备四组两个30毫升的烧杯。其中每一组的一个烧杯含10毫升的30%浓度的H2O2溶液，另一个烧杯含50%浓度的过氧化氢溶液。
2. 每个样品的准备两份，GOIaacute;的样品准备四份。
3. 以PH值测定起始的浓度为30%和50%过氧化氢溶液。
4. 每个样本在与一个烧杯中的H2O2溶液反应的部分介绍。所有的解决方案都被保留，没有在不同时期进行搅拌。
5. 分别装有30%和50%的浓度的过氧化氢溶液的两个烧杯，分别与GOIaacute;样品反应并放入微波炉中20秒
6. 时间到了后，对每个烧杯进行过滤固体分离；在室温下用蒸馏水洗涤和在40°C 下干燥样品4 小时；以PH值测定浓度为30%和50%过氧化氢溶液。

最后，研究和分析（厚度测量，计算可扩展性，光学和电子显微镜图像，X-射线衍射等）反应过的样品。

微波实验是用2.45 GHz和800 W的微波炉进行（型号为SHARP R64sT），温度似乎不超过100°C。在微波炉中，加热取决于烤箱的功率和水的含量，密度和样品的数量。因此，使用的不同的容器和样品容器（有无玻璃盖的玻璃培养皿，有无瓷盖的瓷坩埚妍，微波加热的有无盖子的玻璃器皿）和不同的微波的曝光时间（从10秒到600秒）。可扩展性，K（K =原始样本的密度/扩大样本的密度），是由表观密度变化测量的。对一个已知体积的样品进行称重，然后在样品在微波中照射扩大后再次称重。在不压缩的前提下，通过倾斜松散的碎片使其达到可测量的毫米值，我们便能从最后的体积和初始体积中获得表观体积（最后体积减去初始体积）。无论是微波膨胀前还是后。原始样本的密度与扩大样本的密度就是从表观重量和表观体积中得到的。

最后,研究和分析(厚度测量、计算可扩展性、光学和电子显微镜图像,x射线衍射,等等)的处理样品。

实验用微波进行了微波炉(大幅R64sT)在2.45 GHz和800 W。温度似乎不超过100°C(Obut et al .,2003;Walkiewicz等人,1988年)。在微波炉、烤箱加热的力量取决于内容的水,密度和样品数量。因此,不同的容器和样品持有人(玻璃培养皿有和没有玻璃盖子,瓷坩埚和没有瓷盖子,微波加热的玻璃碗,没有盖子)和不同的微波曝光时间(从10年代到600年代)。

扩展中，k（该膨胀样品的原始样品/密度的K =密度），由表观密度的变化来衡量。已知的样本体积重,扩大通过引入微波的样品然后再称重。最后和初始卷获得明显的卷(最后的体积减去初始体积)是衡量引爆的松散碎片在毫米测量玻璃量筒毕业没有compactation,前后在微波炉的扩张。原始的密度和重量和体积的扩大样本获得明显。

飞利浦的X射线粉末衍射模式被X PERT PRO衍射仪,在40 mA和45 kV(Cu-Kalpha;辐射;lambda; = 1.5418 Aring;), 2theta; 3–70°, 2theta; 扫描步0.02°每一步的计数时间1 s。

片状的XRD模式被塞弗特XDR 3000 T / T。lambda; = 1.5418 Aring;), 2theta; °同意2—10theta;,2扫描步0.02°20年代的计数时间每一步。

形态学的剥落了蛭石与徕卡MZ16A双目显微镜检查和扫描电子显微镜(SEM)。扫描电镜的样品被涂上一层黄金。

25°C之间的热重分析和1100°C使用梅特勒-托利多凝视系统热天平和瓷坩埚加热速度10°C /分钟。总质量损失确定重量分析地通过加热样品在空气中在1000°C马弗炉和假定完全像水。最初的样品质量是18毫克。

技术用于检测离子释放到过氧化氢溶液与公元7500年ICP-mass安捷伦(安捷伦科技)仪器配备碰撞细胞使用氦气作为碰撞/反应气体,以避免干扰。

pH值测量克里松紧凑的滴定仪。

所有设备上的服务制度,属于科技大学(奥维多大学)。

3结果与讨论

利比样品的化学分析的结果的质量元素的氧化物是以下内容:SiO₂ 38.66 0.42)%(13.02 0.08),Al₂O₃ %(0.55),占MgO _20.58(0.29)%,FeO_8.60(9)、21.17(共计(0.12)%,0.04(TiO₂)实施,占CaO(0.11)% Na₂O_0.20。

因为电子探针技术不允许我们区分价和Fe3 价内容为利比被Laird提出的半经验公式计算,艾碧(1981)。阳离子的分布在不同的结构位置是根据福斯特(1963):(a)所有的硅四面体组分配,加上足够的与总数达到4.00。当没有足够的四面体集团与完成Fe3 被分配到四面体组来完成它。(b)剩余与和Fe3 ,价,四价,Cr3 Mn2 ,加Mg2 或足够的Mg2 填充三个职位被分配到八面体群。(c)剩余Mg2 ,加上Ca2 ,Na ,K ,终于分配给夹层位置。

晶胞的结构公式样本:

（Mg_0.76K_0.01Ca_0.05Na_0.04）（Mg_4.92Al_0.59Fe³ _0.41Fe² _0.02Ti_0.04Mn_0.02）（Si_5.66Al_2.34O₂0(OH)₄

结果为圣Olalla(马科斯和罗德里格斯,2010);

（Mg_0.25K_0.20Ca_0.01Na_0.04）（Mg_4.02Al_0.61Fe³ _1.23Fe^2-_0.04Ti_0.09Mn_0.01)(Si_6.46Al_1.54)O₂0(OH)₄

在戈亚斯依照马科斯和罗德里格斯(2010);和

(K_1.84Ca_0.01Na_0.078)(Mg_4.57Al_0.78Fe³ _0.93Fe^2-0_.14Ti_0.13Cr_0.12Mn_0.01）（Si_5.76Al_0.24）O₂0（OH）₄利比。

含水量视为总质量损失获得的热重量分析调查样本是在表1。

根据部门提出的蛭石马科斯等。Olalla和戈亚斯将属于1型和2型利比。

利比的阳离子电荷分布的样本,计算出阳离子分布在八面体片的12.31和29.67的四面体表;这些价值观认同的命题Koster蛭石(1982)。电荷在夹层空间(1.92),所产生的电荷不平衡的结构,是大于对应于圣Olalla(1.65)和戈亚斯(0.74)样品,加钾镁含量也较低。

样品的外观和质地变化与过氧化氢或过氧化氢和微波辐射处理。在双目显微镜拍摄的图像的处理圣Olalla和利比片(图1 - 4),波纹和起伏直接和银颜色可以在遵守了。在无花果SEM图像的剥落了蛭石薄片从戈亚斯显示酥饼的外观或折叠就像与过氧化氢处理后,表面起伏和起皱,增加反应时间,。

圣Olalla平均厚度的变化和利比样品表2)观察对过氧化氢浓度(30 - 50%)和反应时间(5和20 h);主要参数直接影响到化学剥离特性(Obut Girgin,2002)。实验结果表明,圣Olalla和利比样品的片状剥落与过氧化氢溶液高50%,反应时间20 h。此外,利比样品的剥落是高于圣Olalla可能会(马科斯和罗德里格斯,2011;马科斯等.,2009)由于其较高含量的铁和钾夹层。

戈亚斯样本30%过氧化氢溶液的反应引起的剥落的100%相同的和发生后4 h,而有50%的过氧化氢溶液后发生2.5 h,和样品的颜色变成了黄金。剥落的戈亚斯样本被认为是可扩展性系数k的,因为小粒子的大小。导热系数为2.5 h反应以30%过氧化氢溶液略低,6.71,比4 h与50%过氧化氢反应,7.13。

剥落的所有的测试样品时更高的反应进行了过氧化氢溶液在50%比30%,同意,观察到Obut和Girgin蛭石(2002)。表皮脱落的速度(

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