加热影响凹凸棒土结构的光谱分析_黄健花

第27卷,第2期光谱学与光谱分析Vol.27,No.2,pp408-4102007年2月SpectroscopyandSpectralAnalysisFebruary,2007加热影响凹凸棒土结构的光谱分析黄健花,刘元法,金青哲,王兴国*江南大学食品学院,食品科学与安全教育部重点实验室,江苏无锡214036摘要凹凸棒土含有四种羟基,3614cm-1处的吸收峰是与结构内部的四面体结构和八面体之间的Mg,Al相连羟基的伸缩振动;3552和3581cm-1处的吸收峰是与凹凸棒土孔道边缘的Mg,Al八面体相连的结构水的羟基的对称和不对称伸缩振动;3415cm-1处的吸收峰是凹凸棒土中结晶水的羟基振动引起的;1653cm-1处的吸收峰是沸石水的吸收峰。将凹凸棒土在不同温度恒温30min,通过不同的恒温温度各粉样的傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射光谱(XRD)的实测和比较,发现温度较低时结构内部的沸石水、结晶水、结构水同时减少;经450℃恒温30min后,结构水被除去,凹凸棒土的晶体结构开始改变;结构羟基非常稳定,600℃恒温才会被破坏。文章初步探讨了热处理过程中化学变化过程。关键词凹凸棒土;加热;红外光谱;X射线衍射中图分类号:TQ170文献标识码:A文章编号:1000-0593(2007)02-0408-03收稿日期:2005-11-28,修订日期:2006-03-08基金项目:国家自然科学基金项目(20376028)资助作者简介:黄健花,女,1980年生,江南大学食品学院博士研究生*通讯联系人e-mail:wxg1002@hotmail.com引言凹凸棒土(Attapulgite,palygorskite)是一种多孔性层状含水富镁铝硅酸盐矿物,在我国江苏、安徽等省均有丰富的储量[1]。凹凸棒土可用作吸附剂、聚合物填料、催化剂的载体等。1940年Bradley[2]首次提出了凹凸棒土的理论化学式为Si8Mg5O20(OH)2(H2O)44H2O,显然凹凸棒土中的水(包括羟基)有三种,即:结晶水、结构水和八面体结构中的羟基。另外,凹凸棒土构成的沸石状结构中还会使得孔道中存在一定的水,通常称之为沸石水,沸石水与孔道边缘的铝(或镁、铁)形成键,使之稳定存在于凹凸棒土结构内部[3],图1为凹凸棒土的结构示意图。凹凸棒土结构中的水(或羟基)对于整个凹凸棒土的结构和性质是非常重要的,本文将凹凸棒土在不同的温度恒温后,借助FTIR,XRD对样品进行了测试和比较,阐明了加热对其结构的影响和机理。1实验部分1.1样品与仪器凹凸棒土(粒径小于200目)由江苏盱眙欧佰特公司提供;美国生产的IR-470型傅里叶红外光谱仪,凹凸棒土原样采用KBr压片法制样,恒温的凹凸棒土采用糊法制样;德国生产的X射线衍射仪BrukerD8AXS;烘箱及马弗炉。Fig.1Structureofpalygorskite1.2实验凹凸棒土于不同的温度在烘箱或马弗炉恒温30min,于干燥器冷却,进行FTIR检测和XRD测试。2结果与讨论2.1凹凸棒土的FTIR图2给出了凹凸棒土原土的FTIR谱图,由图可知,有四种羟基,3415cm-1处的吸收峰是凹凸棒土中的结晶水的羟基振动引起的;3552和3581cm-1处的吸收是与凹凸棒土孔道边缘的Mg,Al八面体相连的结构水的羟基的对称和不对称伸缩振动;3614cm-1处的吸收峰是与结构内部的四面体结构和八面体之间的Mg,Al相连羟基的伸缩振动;1653cm-1处的吸收峰是沸石水的吸收峰。在1081和1030cm-1附近的吸收峰为Si—O—Si的Si—O键对称和不对称伸缩振动的特征吸收峰,1018.25cm-1是Si—O—Al的Si—O键特征峰,985cm-1处是羟基的弯曲振动,800cm-1附近是Si—O—Al的O—Al键特征峰[4-10]。Fig.2FTIRpatternofnaturalpalygorskite2.2温度变化对凹凸棒土FTIR的影响100℃于烘箱;250,350,450和600℃于马弗炉分别恒温30min,为了排除KBr晶体中水分的干扰,采用糊法制样进行FTIR测试。图3给出了经100,250,350,450和600℃恒温30min后的凹凸棒土的FTIR谱图,3000和1500cm-1处产生吸收峰是液态石蜡特征吸收峰,显然不会对凹凸棒土的吸收峰产生干扰。由图可知,当温度低于450℃时,随着温度的升高,沸石水、结晶水、结构水随着温度的升高均会减少,结构羟基没有变化。3415cm-1处的吸收峰首先减弱至消失,说明经低温加热时凹凸棒土首先开始失去结晶水。接着3581,3552cm-1的吸收峰开始减小。3614cm-1处吸收峰最稳定,当温度达到600℃时消失,说明凹凸棒土结构内部的羟基非常稳定。1653cm-1处沸石水的吸收