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凹凸棒石纳米矿物材料表面性质及其与金属 (氧化物)纳米复合
发表日期:2019/3/12       点击:210
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凹凸棒石是具有特殊结构、形态、物理化学性质的镁铝硅酸盐粘土矿物。有两种成因类型:沉积 型和热液型。凹凸榉石产出地质环境特殊,其广泛的应用以及巨大的潜在应用价值,使其在粘土矿物 学、材料科学、物理化学、土壤科学、环境工程以及考古等诸多领域得到广泛的重视[1]。我国自20世 纪80年代初发现以安徽省明光市、来安县,江苏省盱眙县、六合县为主要矿区的苏皖凹凸棒石粘土矿 带以来,不断勘察开发,使苏皖凹凸棒石粘土矿带成为世界最重要凹凸棒石粘土矿集区之一,是我国 重要的大型特色非金属矿床12120多年来,国内有关单位在凹凸棒石粘土资源加工应用技术方面开展 了—些研究,但是,由于凹凸棒石颗粒细小和粘土矿物组成的复杂性以及前人研究方法分辨率的限制, 对苏皖凹lnl棒石物理化学性能的认识还存在一些误Kl3:去众多学者进行的吸附实验研究中所用的 凹凸棒石实际上是凹凸棒石粘土,样品含有较多的杂质矿物,如蒙脱石、伊利石、碳酸盐;而且,各 个研究者取样地点、层位不同,矿物组成必定有很大的差别。这些杂质的干扰严重影响了对凹凸棒石 物理化学性质的认识和理解,也使各个学者的实验结果缺少可比性。由于样品提纯和分离困难,目前 尚缺少苏皖地区凹凸棒石粘土中纯凹凸棒石表面性质的系统实验研究资料。本文在精细提纯的基础上, 系统研究了凹凸棒石的表面性质,对于认识凹凸棒石纳米效应,正确理解凹凸棒石的矿物学特性,进 一步开发这种纳米材料应用技术,具有重要的理论和实际意义:

二、 凹凸棒石纯样制备和表征

苏皖地区沉积型凹凸棒石粘土矿石类型包括凹凸棒石粘土、白云石凹凸棒石粘土、蒙脱石凹凸棒 石粘土、蛋白石凹凸棒石粘土、蒙脱石粘土(凹凸棒石含:y:< 10%)。沉积型凹凸棒石粘土矿物组成 复杂多变,为了获得纯凹凸棒石样品,在X射线衍射(XRD)分析以及透射电镜(TEM)观察基础 上,选择只含凹凸棒石单一粘土矿物,不含伊-蒙矿物的矿石样品,进行分离提纯,具体提纯方法和操 作步骤见文献44。提纯样品经XRD分析和TEM检验,凹凸棒石含量达到98%以上。提纯凹凸棒石样品经干燥、粉碎,过180目筛备用。热液型凹凸棒石取自安徽肥东大龙山,手选纯净矿石,破碎、 研磨过200目,经XM)分析和TF.M检验纯度大于98%X射线分析使用D/MAX - RBX -射线衍射 仪,铜靶,电压40kV,电流100 mA,扫描速度4Vmin分析在合肥工业大学理化中心完成。TEM 究使用几02010型高分辨透射电子显微镜,带有ISIS X -射线能谱分析系统,用于获得TEM图像、电 -衍射SAED)和能谱分析成分EDS),分析在新墨西哥大学地球科学系完成。

结果与讨论

(一)两种成因凹凸棒石晶体形态特征

1为两种成因凹凸棒石透射电镜形貌图像。热液型凹凸棒石晶体直径约为5〇 nm,长度从几百纳 米到几I-微米,沉积型凹凸棒石晶体直径约为40 nm,长度从几百纳米到几个微米。显然,沉枳型凹 凸棒石的结晶度比热液型凹凸棒石结晶度低,这与XRD分析结果相一致。

图1A还显示出凹凸棒石晶体在透射电镜专用铜网炭膜上呈现弓形弯曲,这是凹凸棒石具有弹性的 最直接的证据。发现这一现象对认识凹凸棒石材料性能和凹凸棒石材料研究具有重要的理论和实际意 义。无论是凹凸棒石作为原料制作吸附剂还是作为催化剂载体材料,保持材料的介孔孔隙,具有气相 组分的穿透性,和较高的传质性能是发挥吸附和催化性能的前提。凹凸榉石拈土经过充分分散后,可 以把凹凸棒石晶束分散成单根纤维,单根凹凸棒石纤维杂乱堆积形成固体物质,在加工过程中由于凹 凸棒石晶体的弹性,可以使凹凸棒石材料制品具有较高的孔隙率,保持晶间纳米尺度的孔隙,实际上 这也从一方面说明凹凸棒石具有优异吸附和催化性能的根源。这一纳米尺度的观察研究结果对凹凸棒 石材料的加工方法研究具有重要的指导意义。

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