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柱撑粘土是一种具有二维孔结构可调控性的层状化合物,其特有的结构使它具有大比表面积、可调的层柱间距和高表面活性等性能,在催化剂和催化剂载体、选择吸附剂、分子筛和膜等领域显示了广阔的应用潜力,是近年来颇受国内外学者关注的改性矿物材料之一。本文首先较全面的介绍了柱撑粘土的制备及应用研究情况;研究中采用水解法合成出了Al2O3、TiO2两个系列柱撑粘土样品;利用小角XRD、化学分析、差热分析(DTA)、比表面和孔径分析(BET)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和核磁共振(NMR)等测试手段对材料的进行了结构表征,采用氢气程序升温还原法(H2-TPR)初步研究了柱撑粘土的催化活性。通过pH值电位滴定法、FTIR和液相27Al NMR研究表明,制备温度为 50℃,OH-/Al3+=2.4时,陈化5d可制得聚合度高且均一的Al聚离子。通过粘土的化学组成分析,推算嵌入层间的Al聚离子为Keggin型离子,Ti聚离子为畸变的Keggin型离子。小角XRD证实了柱化后的蒙脱石层间距经500℃煅烧后由原来的1.21nm分别增大到Al2O3-柱撑粘土的1.98nm和TiO2-柱撑粘土的1.83nm。通过高分辨透射电镜研究表明,粘土柱化后层间距因嵌入柱化离子而增大,但也观察到部分粘土片层没有嵌入柱化离子而保持原有层间距。29Si MAS NMR和27AlMAS NMR研究表明Al聚离子对粘土片层的Si-O四面体和Al-O八面体产生了强烈的影响。柱撑粘土的DTA-TG研究表明,粘土经柱化后样品在500℃处理虽有部分羟基脱失,但粘土仍能保持层状结构,其中TiO2-柱撑粘土在637℃处的羟基脱失谷消失,热稳定性显著提高。采用水解法制备的Al2O3-柱撑粘土、TiO2-柱撑粘土测得Langmuir比表面积分别为170m2/g和283m2/g,尤其是微孔比表面积急剧增大,分别是原土的33和54倍,有效地增加了催化反应的场所。通过傅立叶变换红外光谱研究柱化前后粘土片层骨架结构的红外振动变化情况及表面酸性,认为柱化后粘土TiO2-柱撑粘土表面酸性最强,并且嵌入层间的<WP=4>Al、Ti聚离子对粘土Si-O四面体的影响几乎相同,由此进一步证实了通过计算所推断得出的Al、Ti聚离子结构式。氢气程序升温还原法(H2-TPR)表明TiO2柱撑粘土具有良好的催化活性,这一催化活性与柱化离子的结构有着密切关系。