阴离子粘土矿物前体插层重构原位低温合成镁铝尖晶石的行为和机理研究

通过对层间阴离子和层板金属离子的调控，用共沉淀方法制备镁铝型阴离子粘土矿物。以阴离子粘土矿物为前体，采用低温焙烧-插层重构-原位合成方法制备镁铝尖晶石。研究粘土矿物的层板金属离子配比、层间阴离子组成、重构条件和制度对粘土矿物层状结构重构作用的影响。研究重构作用对温和条件下原位合成镁铝尖晶石相组成、结构和性能特征的影响。探明阴离子粘土矿物层状结构重构和镁铝尖晶石原位合成反应的行为和机理。该项研究不仅能为高性能镁铝尖晶石矿物材料在温和条件下的低成本合成提供理论和实验依据，为阴离子粘土矿物在高技术材料领域的应用开拓新的思路，而且对其他尖晶石系列矿物材料在温和条件下的原位合成具有重要参考价值。阴离子粘土矿物的插层重构行为和机理分析还可以为粘土矿物在地质作用过程中的行为分析，以及对粘土矿物在环境修复过程中的吸附作用、污染物的回收处理和吸附剂的重复使用过程研究提供重要的科学依据。

该项目通过对层间阴离子和层板金属离子的调控，用共沉淀方法制备了以NO3-、Cl-、CO32-、dodecyl benzene sulfonate等为阴离子的镁铝型阴离子粘土矿物。利用阴离子粘土矿物中金属离子的高度分散和在分子水平接触的特点以及层间域环境特征和重构作用对反应物活性的提高作用，以阴离子粘土矿物为前体，采用低温焙烧-插层重构-原位合成方法系统研究了镁铝尖晶石和合成及其机理。.原位合成实验研究表明，阴离子粘土矿物焙烧后样品的镁铝尖晶石(400)峰十分尖锐，说明焙烧的镁铝阴离子粘土矿物合成镁铝尖晶石的过程中倾向于先在(400)晶面优先生长。重构过程中有AlOOH生成，并随重构次数的增加呈增强趋势。说明在重构过程中，铝离子在阴离子粘土矿物金属层板中发生了迁移，层板金属离子的迁移发生在每次重构过程中，这种迁移有利于镁铝尖晶石的形成。.具有不同层板铝离子摩尔分数x值的阴离子粘土矿物的低温焙烧结果表明，随着阴离子粘土矿物前体层板中三价铝离子摩尔比例的降低，MgAl2O4相增强，说明高层板电荷密度的阴离子粘土矿物前躯体更有利于镁铝尖晶石相的生成。与镁铝尖晶石的化学计量相比，阴离子粘土矿物中的镁离子计量偏高，这将导致原位合成产物中存在MgO相，且随着层板三价铝离子x值的不断减小，MgO相的相对相含量不断增加。。.层间阴离子类型对原位合成作用的影响研究结果表明，与无机阴离子型粘土矿物相比，有机阴离子性粘土矿物结构有序度较高，而且在重构过程中对原有结构的恢复性较强，但重构作用却不利于层板金属离子的迁移和镁铝尖晶石的形成，产物中有较多的杂质相。.原位合成的镁铝尖晶石经800℃预烧的样品在1400℃下的烧结后镁铝尖晶石的相对相含量为82.64%，900℃预烧的样品在烧结后镁铝尖晶石的相对相含量为92.51%，可见900℃预烧时，更多的Mg2+进入镁铝尖晶石晶格。烧结作用使尖晶石的各衍射峰强度增加，峰形变得尖锐而对称，半高宽减小。经过预烧后的高温烧结有利于镁铝尖晶石相的进一步生成。.MgO相的存在将有利于镁铝尖晶石的致密烧结。在有氧化镁存在的情况下，镁铝尖晶石烧结产物形貌清晰可见，晶粒间排列规则有序，体积密度达到3.45 g/cm3；而被酸洗后去除了氧化镁的样品，具有少量形状不规则的气孔，同时晶粒的发育也不均一。