Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định nhiệt độ hình thành của các chất rắn giống hydrotalcite và ứng dụng của chúng trong mô hình hóa địa hóa của kim loại trong nước tự nhiên
Tóm tắt
Sự quan tâm đến các hợp chất giống hydrotalcite đã gia tăng do vai trò của chúng trong việc kiểm soát tính di động của các kim loại trong nước trong môi trường cũng như việc sử dụng của chúng như là các chất xúc tác, tiền chất xúc tác và hóa chất đặc biệt. Mặc dù các vật liệu này đã được nghiên cứu trong nhiều bối cảnh, nhưng ít thông tin về các đặc tính nhiệt động lực học của chúng. Phương pháp đo nhiệt độ kết dính của dung dịch oxide nóng chảy đã được sử dụng để đo nhiệt độ tiêu chuẩn hình thành cho các hợp chất M(II)1−xAlx(OH)2(CO3)x/2·mH2O (0.2 < x < 0.4, M(II) = Mg, Co, Ni và Zn). Nhiệt độ hình thành của các hợp chất này từ các pha cation đơn liên quan cũng đã được xác định. Quá trình hình thành HTLCs dẫn đến sự ổn định nhiệt động lực học từ các hydroxide và carbonate cation đơn và nước với mức độ từ 5–20 kJ/mol. Dữ liệu này được liên kết với hai biến số: tỷ lệ cation hóa trị hai so với cation hóa trị ba trong chất rắn (M(II)/Al) và danh tính của cation hóa trị hai. Đã quan sát thấy rằng tỷ lệ M(II)/Al ảnh hưởng rất ít đến nhiệt độ hình thành của các pha cation đơn, trong khi sự khác biệt lớn hơn trong việc ổn định là do những thay đổi trong bản chất hóa học của cation hóa trị hai. Tuy nhiên, dữ liệu này không hỗ trợ bất kỳ mối tương quan nào có ý nghĩa thống kê giữa thành phần của HTLCs và nhiệt độ hình thành của chúng. Các tính toán địa hóa cân bằng dựa trên dữ liệu nhiệt động lực học minh họa ảnh hưởng của HTLCs đến sự phân hóa của kim loại trong nước tự nhiên. Những tính toán này cho thấy rằng, trong nhiều trường hợp, HTLCs hình thành ngay cả trong nước không bão hòa với các hydroxide và carbonate kim loại hóa trị hai riêng biệt. Các biểu đồ pha và biểu đồ ổn định liên quan đến HTLCs chứa Ni và các thành phần cation đơn được trình bày. Nồng độ Ni(II) dưới dạng hàm số của pH cũng như biểu đồ ổn định cho sự cân bằng giữa các khoáng chất trong hệ CaO-NiO-Al2O3-SiO2-CO2-H2O tại 298 K được vẽ ra.
Từ khóa
#hydrotalcite #nhiệt động lực học #гидроталькит #cấu trúc bậc ba #địa hóa họcTài liệu tham khảo
Allada, R.K., Navrotsky, A., Berbeco, H.T. and Casey, W.H. (2002) Thermochemistry and aqueous solubilities of hydrotalcite-like solids. Science, 296, 721–723.
Allada, R.K., Boerio-Goates, J. and Navrotsky, A. (2005) Thermochemistry of hydrotalcite-like phases in the MgO-Al2O3-CO2-H2O system: A determination of enthalpy, entropy and free energy. American Mineralogist, 90, 329–335.
Allison, J.D., Brown, D.S. and Novo-Gradac, K.J. (1991) MINTEQA2/PRODEFA2: A geochemical assessment model for environmental systems. Environmental Protection Agency, Athens, GA, U.S.
Bellotto, M., Rebours, B., Clause, O., Lynch, J., Bazin, D. and Elkaim, E. (1996) A reexamination of hydrotalcite crystal chemistry. Journal of Physical Chemistry, 100, 8527–8534.
Cavani, F. and Trifirò, F. (1991) Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications. Catalysis Today, 11, 173–301.
Chai, L. and Navrotsky, A. (1996) Synthesis, characterization, and enthalpy of mixing of the (Fe,Mg)CO3 solid solution. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60, 4377–4383.
Drever, J.I. (1988) The Geochemistry of Natural Waters. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, USA.
Gustafsson, J.P. (2003) Visual MINTEQ. Department of Land and Water Resources Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm.
Johnson, C.A. and Glasser, F.P. (2003) Hydrotalcite-like minerals (M2Al(OH)6(CO3)0.5·XH2O, where M = Mg, Zn, Co, Ni) in the environment: synthesis, characterization and thermodynamic stability. Clays and Clay Minerals, 51, 1–8.
Naumov, G.B., Ryzhenko, B.N. and Khodakovsky, I.L. (1974) Handbook of Thermodynamic Data. Washington, D.C.
Navrotsky, A. (1997) Progress and new directions in high temperature calorimetry revisited. Physics and Chemistry of Minerals, 24, 222–241.
Navrotsky, A., Rapp, R.P. Smelik, E., Burnley, P. Circone, S., Chai, L. and Bose, K. (1994) The behavior of H2O and CO2 in high-temperature lead borate solution calorimetry of volatile-bearing phases. American Mineralogist, 79, 1099–1109.
Pausch, I., Lohse, H.H., Schurmann, K. and Allmann, R. (1986) Syntheses of disordered and Al-rich hydrotalcite-like compounds. Clays and Clay Minerals, 34, 507–510.
Reichle, W.T. (1986a) Synthesis of anionic clay-minerals (mixed metal-hydroxides, hydrotalcite). Solid State Ionics, 22, 135–141.
Reichle, W.T. (1986b) Synthesis of mixed metal-hydroxides (hydrotalcites) and their catalytic properties. Abstracts of Papers of the American Chemical Society, 191, 71.
Robie, R.A. and Hemingway, B.S. (1995) Thermodynamic Properties of Minerals and Related Substances at 298.15 K and 1 bar (105 Pascals) and Higher Temperatures. USGS, Menlo Park, CA.
Rossini, F.D., Wagman, D.D., Evans, W.H., Levine, S. and Jaffe, I. (1952) Selected Values of Chemical Thermodynamic Properties. U.S. Department of Commerce, Washington, D.C.
Scheidegger, A.M., Lamble, G.M. and Sparks, D.L. (1997) Spectroscopic evidence for the formation of mixed-cation hydroxide phases upon metal sorption on clays and aluminum oxides. Journal of Colloid and Interface Science, 186, 118–128.
Scheidegger, A.M., Strawn, D.G., Lamble, G.M. and Sparks, D.L. (1998) The kinetics of mixed Ni-Al hydroxide formation on clay and aluminum oxide minerals: A time-resolved XAFS study. Geochimica et Cosmochimica Acta, 62, 2233–2245.
Taylor, J.R. (1982) An Introduction to Error Analysis. The Study of Uncertainties in Physical Measurements. University Science Books, Sausalito, CA, USA.
Thevenot, F., Szymanski, R. and Chaumette, P. (1989) Preparation and characterization of Al-rich Zn-Al hydrotalcite-like compounds. Clays and Clay Minerals, 37, 396–402.
Thompson, H.A., Parks, G.A. and Brown, G.E. (1999a) Ambient-temperature synthesis, evolution, and characterization of cobalt-aluminum hydrotalcite-like solids. Clays and Clay Minerals, 47, 425–438.
Thompson, H.A., Parks, G.A. and Brown, G.E. (1999b) Dynamic interactions of dissolution, surface adsorption, and precipitation in an aging cobalt(II)-clay-water system. Geochimica et Cosmochimica Acta, 63, 1767–1779.
Towle, S.N., Bargar, J.R., Brown, G.E. and Parks G.A. (1997) Surface precipitation of Co(II)(aq) on A12O3. Journal of Colloid and Interface Science, 187, 62–82.
Wagman, D.D., Evans, W.H., Parker, V.B., Halow, I., Bailey, S.M., Schumm, R.H., Churney, K.L. and Nuttal, R.L. (1982) The NBS tables of chemical thermodynamic properties: Selected values for inorganic and C1 and C2 organic substances in SI units. Journal of Physical and Chemical Reference Data 11(Supplement No. 2), 392 pp.
Wang, M.J. and Navrotsky, A. (2004) Enthalpy of formation of LiNiO2, LiCoO2 and their solid solutions LiNi1−xCOxO2. Solid State Ionics, 166, 167–173.
Woods, T.M. and Garrels, R.M. (1987) Thermodynamic Values at Low Temperature for Natural Inorganic Materials: An Uncritical Summary. Oxford University Press, New York.