基于蒙脱石剥离和组装行为的LDH/MMT纳米复合材料的制备

摘要

本文以内蒙古钙基蒙脱石为原料，在钠化、有机化处理的基础上，分别以钙基蒙脱石、钠基蒙脱石和有机蒙脱石为对象，通过机械球磨、超声处理实现蒙脱石的剥离。以蒙脱石片层为模板原位合成层状双氢氧化物，得到蒙脱石/层状双氢氧化物（LDH/MMT）纳米复合材料。采用XRD、SEM、FTIR、AFM等方法表征剥离和组装行为及LDH/MMT纳米复合材料，主要工作及结论如下：
　　结合机械剪切力和超声作用对蒙脱石进行剥离处理，制备纳米剥离型蒙脱石。以乙醇为有机溶剂，采用机械球磨和超声作用分别对钙基蒙脱石、钠基蒙脱石、有机蒙脱石进行剥离处理，研究了蒙脱石的剥离行为。研究表明，蒙脱石的剥离和重组装是一个可逆的过程；钠基蒙脱石剥离效果最好，剥离后的蒙脱石片层直径减小，片层减薄，其片层平均厚度约为15nm；有机蒙脱石经机械球磨后，其层间有机物可以在一定程度上抵抗机械力，对蒙脱石片层能起到稳定作用，有机改性不能促进机械球磨法剥离蒙脱石片层。
　　以钠基蒙脱石、硝酸镁、硝酸铝、氨水为原料，在水热条件下制备了LDH/MMT纳米复合材料。该纳米复合材料中蒙脱石片层与层状双氢氧化物片层发生复合组装作用，蒙脱石片层在纳米复合材料中呈剥离状态，层状双氢氧化物以垫片的形式阻止蒙脱石片层重组装。层状双氢氧化物的原位成核生长作用是剥离蒙脱石片层的动力。
　　探究了镁铝阳离子引入比例、超声分散作用条件、水热系统初始 pH等对LDH/MMT纳米复合材料结构影响。结果表明，向分散体引入镁铝离子时，随着离子摩尔浓度的增大，蒙脱石和层状双氢氧化物组装结构发生变化，当镁铝离子摩尔比为1:1和2:1时，LDH/MMT纳米复合材料中层状双氢氧化物有两种存在形态，其中一部分与蒙脱石片层存在组装作用，而另一部分为独立的层状双氢氧化物；pH的变化影响LDH/MMT纳米复合材料中层状双氢氧化物的结晶性，随着pH值的增大，纳米复合材料中层状双氢氧化物的结晶性降低；在引入镁铝离子后，超声作用有助于加速阳离子交换，促进镁铝离子在蒙脱石片层周围均匀分布，保证了层状双氢氧化物在蒙脱石片层上的生长，避免AlO(OH)杂质相的产生；在制备蒙脱石分散体时，增大蒙脱石分散体中蒙脱石含量可以提高LDH/MMT纳米复合材料中蒙脱石的比例；当蒙脱石分散体中蒙脱石含量达0.017g/mL时，在LDH/MMT纳米复合材料中被蒙脱石片层仍然呈剥离状态；LDH/MMT纳米复合材料中蒙脱石片层越少，蒙脱石片层被剥离得越薄。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2蒙脱石

1.3层状双氢氧化物

1.4粘土矿物剥离研究现状

1.5课题的提出及主要研究内容

第二章 蒙脱石的钠化改型及有机改性

2.1实验原料及仪器、设备

2.2蒙脱石的钠化改型及有机改性

2.3表征方法

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第三章 蒙脱石剥离行为研究

3.1实验原料及仪器、设备

3.2蒙脱石的剥离

3.3测试与表征

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章 蒙脱石/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备

4.1实验原料及仪器、设备

4.2材料制备

4.3表征方法

4.4结果与讨论

4.5 LDH/MMT纳米复合材料的复合机理

4.6本章小结

第五章 LDH/MMT纳米复合材料制备的影响因素

5.1实验原料及仪器、设备

5.2实验方法和实验过程

5.3表征方法

5.4结果与讨论

5.5本章小结

第六章 结论

参考文献

个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢