基于纳米层离作用的阴、阳离子粘土矿物间层组装行为和组装机理研究

In this work,montmorillonite(MMT) and layered double hydroxides(LDHs) will be used as start materials to study nanosheet delamination and interstratification assembly because there are typical cation and anion clay minerals, respectively.MMT and LDHs will be modified with ion-exchange method using cetyl trimethylammonium (CTA)ion and dodecylbenzenesulfonate (DBS)ion as surfactant ions, respectively. The delamination of clay minerals will be achieved by dispersing the modified MMT and LDHs in formamide or ethyl alcol under heating, stirring and ultrasonic treatment to get nanosheet delamination colloidal dispersion. Solvothemal treatment and electrostatic adsorption methods will be used to study interstratification assembly behavior and mechanism of MMT and LDHs and prepare assembly composites. During solvothermal treatment of mixture of colloidal dispersions of MMT and LDHs, the sulfonate end of DBS ion from LDH-DBS will reacted with the amine end of CTA ion from MMT-CTA, leading to the removal of both the surfactant ions from clay layers. To satisty the uncompensated layer charges, the oppsitely charged layers will stacked alternately and get an interstratification assembly structure consist of the nanosheets of MMT and LDHs. This work will pursue the behavior,mechanism and influence factors of delamination and interstratification assembly of MMT and LDHs; reveal the structure and properties of composites. The results of this work will provide important data for the research of the formation mechanism and new structure construction of interstratified clay minerals;open up a new train of thoughts for the preparation of thin film materials and the utilization of clay minerals in advanced materials.

以阳离子粘土矿物蒙脱石（MMT）和阴离子粘土矿物层状双氢氧化物(LDHs)为对象，分别用十六烷基三甲基铵阳离子（CTA）和十二烷基苯磺酸阴离子（DBS）对其层间有机修饰。以甲酰胺和乙醇为溶剂，在热、机械搅拌和超声作用下层离有机粘土矿物，分别获得蒙脱石和层状双氢氧化物在极性溶剂中稳定的纳米层离分散体系。在此基础上，用溶剂热处理和基片上的静电吸附-沉淀法，通过两种分散体系接触时粘土矿物片层表面有机阴、阳离子（DBS和CTA）的中和反应，使带正、负电荷的LDHs和MMT片层在静电力作用下实现间层组装。该项目将揭示MMT和LDHs的层离行为、机理和影响因素,探明阴、阳离子粘土矿物间层组装的行为、机理和影响因素，研究组装复合物的结构特征和性能。该项目的研究成果将为间层粘土矿物形成机理和新结构构建研究提供重要的基础研究数据；为薄膜材料制备以及粘土矿物在新材料领域的应用开拓新的思路。

利用粘土矿物的层状结构特征和层间域环境，基于阳离子粘土矿物蒙脱石(MMT)和阴离子粘土矿物层状双金属氢氧化物(LDH)层板所带电荷相反的性质，项目研究了蒙脱石和层状双氢氧化物在溶剂中的纳米剥离作用和组装行为，取得如下主要结果：.采用两步超声法在甲酰胺溶剂中对其进行剥离，结果表明，经过第一次超声处理后，片层呈现横向滑动；而经过第二次超声处理后，片层厚度变为7 nm，相当于10个单层MgAl-CO3-LDH（0.76 nm）。.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平均厚度约为15nm；.通过诱导纳米片层自组装的途径，在水热条件下制备了三维花状多级结构LDH。通过调整模板剂类型、模板剂浓度、反应温度、反应时间可以有效控制样品的结构和形貌。当活性剂浓度为0.04 mol/L，晶化温度为160℃，晶化时间为6 h 时，以阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）为模板，获得三维花状多级结构MgAl-SDS-LDH。.层状双氢氧化物在剥离蒙脱石片层上实现原位生长并获得片-片组装复合物。预剥离蒙脱石片层为层状双氢氧化物的原位生长提供了生长位，氨溶液为LDH生长提供了碱性环境并为MMT的剥离提供动力。.以聚乙烯醇( PVA) 为交联剂，采用层层自组装( LBL) 的方法制备了蒙脱石-层状双氢氧化物异构薄膜( PVA/MMT/PVA/LDH)n。 ( PVA/MMT/PVA/LDH)n异构薄膜层间距为1.81 nm，一个组装循环得到以MMT 和LDH 纳米片层构成薄膜单循环片层，厚度约为170 nm。薄膜对264 nm 左右的光呈现强烈的吸收带，并且吸收强度与薄膜厚度之间呈线性关系，表明薄膜单元层具有良好均一性。