Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu về tính axit rắn của montmorillonite đã được đun nóng và trao đổi cation sử dụng phép đo titration n-butylamine trong hệ không nước và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier phản xạ tán xạ (DRIFT)
Tóm tắt
Các tác động của việc đun nóng và trao đổi cation đối với tính axit rắn của montmorillonite đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng phép đo titration n-butylamine trong hệ không nước và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier phản xạ tán xạ. Số lượng các vị trí axit tổng cộng, axit Brønsted và axit Lewis cho thấy xu hướng điều chế tương tự với việc tăng nhiệt độ đun nóng, đạt mức tối đa tại 120 °C và sau đó giảm cho đến khi đạt mức tối thiểu tại 600 °C. Các vị trí axit Lewis hình thành từ các cation Al3+ không bão hòa, và số lượng của chúng tăng lên với nhiệt độ đun nóng do sự khử nước và khử hydroxyl của montmorillonite. Việc hình thành và phát triển tính axit Brønsted chủ yếu liên quan đến các phân tử nước bị phân cực giữa các lớp. Nước được hấp thụ trên các ion Al3+ không bão hòa cũng đóng vai trò như một axit Brønsted. Độ mạnh axit của các vị trí axit Brønsted phụ thuộc vào khả năng phân cực của cation trao đổi, lượng nước giữa lớp, và mức độ phân ly của nước giữa lớp phối hợp với các cation có thể trao đổi. Tất cả các montmorillonite đã trao đổi cation thể hiện số lượng khác nhau của các vị trí axit và phân bố khác biệt về độ mạnh axit. Tính axit Brønsted chiếm ưu thế trong montmorillonite đã trao đổi Al3+, trong khi montmorillonite đã trao đổi Na+ và K+ chủ yếu thể hiện tính axit Lewis. Hơn nữa, montmorillonite đã trao đổi Mg2+ và Li+ thể hiện số lượng vị trí axit Brønsted và Lewis gần như bằng nhau. Tính axit Brønsted của montmorillonite đã trao đổi cation có mối tương quan tích cực với tỷ lệ điện tích trên bán kính của các cation, trong khi tính axit Lewis chủ yếu phụ thuộc vào độ âm điện của các cation. Độ mạnh axit của montmorillonite đã trao đổi Al3+ và Mg2+ cao hơn đáng kể so với montmorillonite đã trao đổi cation đơn giá, cho thấy độ mạnh axit cao nhất (H
0 ≤ −3.0). Montmorillonite đã trao đổi Li+ và Na+ thể hiện một phân bố độ mạnh axit trong khoảng −3.0 < H
0 ≤ 4.8, với độ mạnh axit chủ yếu từ 1.5 đến 3.3 trong montmorillonite đã trao đổi Li+, trong khi chỉ có các vị trí axit độ mạnh yếu hơn (1.5 < H
0 ≤ 4.8) hiện diện trong montmorillonite đã trao đổi K+. Kết quả của các thí nghiệm xúc tác chỉ ra rằng montmorillonite thúc đẩy sự phân hủy nhiệt của mô hình hữu cơ. Hoạt động xúc tác cho thấy mối tương quan tích cực với tính axit rắn của montmorillonite và bị ảnh hưởng bởi sự trao đổi cation, điều này xảy ra tự nhiên trong các quá trình địa chất.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Adams J, McCabe R (2006) Clay minerals as catalysts. In: Bergaya F, Theng BKG, Lagaly G (eds) Handbook of clay science, vol 1. Elsevier, Amsterdam, pp 541–581
Akçay M (2005) The surface acidity and characterization of Fe-montmorillonite probed by in situ FT-IR spectroscopy of adsorbed pyridine. Appl Catal A Gen 294(2):156–160
Arena F, Dario R, Parmaliana A (1998) A characterization study of the surface acidity of solid catalysts by temperature programmed methods. Appl Catal A Gen 170(1):127–137
Benesi H (1957) Acidity of catalyst surfaces. II. Amine titration using Hammett indicators. J Phys Chem 61(7):970–973
Bhattacharyya KG, Gupta SS (2008) Adsorption of a few heavy metals on natural and modified kaolinite and montmorillonite: a review. Adv Colloid Interface 140(2):114–131. doi:10.1016/j.cis.2007.12.008
Billingham J, Breen C, Yarwood J (1996) In situ determination of Brønsted/Lewis acidity on cation-exchanged clay mineral surfaces by ATR-IR. Clay Miner 31(4):513–522
Bjølykke K (1998) Clay mineral diagenesis in sedimentary basins–a key to the prediction of rock properties. Examples from the North Sea Basin. Clay Miner 33(1):15–34
Breen C (1991a) Thermogravimetric and infrared study of the desorption of butylamine, cyclohexylamine and pyridine from Ni-and Co-exchanged montmorillonite. Clay Miner 26(4):487–496
Breen C (1991b) Thermogravimetric study of the desorption of cyclohexylamine and pyridine from an acid-treated Wyoming bentonite. Clay Miner 26(4):473–486
Breen C, Moronta AJ (2001) Influence of exchange cation and layer charge on the isomerization of α-pinene over SWy-2, SAz-1 and Sap-Ca. Clay Miner 36(4):467–472. doi:10.1180/0009855013640001
Breen C, Deane A, Flynn J (1987) The acidity of trivalent cation-exchanged montmorillonite. Temperature-programmed desorption and infrared studies of pyridine and n-butylamine. Clay Miner 22(2):169–178
Brown DR, Rhodes CN (1997) Brønsted and Lewis acid catalysis with ion-exchanged clays. Catal Lett 45(1):35–40. doi:10.1023/a:1019038806333
Cseri T, Békássy S, Figueras F, Rizner S (1995) Benzylation of aromatics on ion-exchanged clays. J Mol Catal A Chem 98(2):101–107. doi:10.1016/1381-1169(95)00016-x
Dontsova KM, Norton LD, Johnston CT, Bigham JM (2004) Influence of exchangeable cations on water adsorption by soil clays. Soil Sci Soc Am J 68(4):1218–1227. doi:10.2136/sssaj2004.1218
Flessner U, Jones DJ, Rozière J, Zajac J, Storaro L, Lenarda M, Pavan M, Jiménez-López A, Rodríguez-Castellón E, Trombetta M, Busca G (2001) A study of the surface acidity of acid-treated montmorillonite clay catalysts. J Mol Catal A Chem 168(1–2):247–256. doi:10.1016/s1381-1169(00)00540-9
Frenkel M (1974) Surface acidity of montmorillonites. Clays Clay Miner 22(5–6):435–441
Fripiat J, Cruz-Cumplido M (1974) Clays as catalysts for natural processes. Annu Rev Earth Plant Sci 2:239
Geatches DL, Clark SJ, Greenwell HC (2010) Role of clay minerals in oil-forming reactions. J Phys Chem A 114(10):3569–3575. doi:10.1021/jp9096869
Hart MP, Brown DR (2004) Surface acidities and catalytic activities of acid-activated clays. J Mol Catal A Chem 212(1–2):315–321. doi:10.1016/j.molcata.2003.11.013
He H, Yang D, Yuan P, Shen W, Frost RL (2006) A novel organoclay with antibacterial activity prepared from montmorillonite and Chlorhexidini Acetas. J Colloid Interface Sci 297(1):235–243. doi:10.1016/j.jcis.2005.10.031
Heller-Kallai L (2006) Thermally modified clay minerals. In: Bergaya F, Theng BKG, Lagaly G (eds) Handbook of clay science, vol 1. Elsevier, Amsterdam, pp 289–308
Hetényi M (1995) Simulated thermal maturation of type I and III kerogens in the presence, and absence, of calcite and montmorillonite. Org Geochem 23(2):121–127. doi:10.1016/0146-6380(94)00120-p
Jankovič Ľ, Komadel P (2003) Metal cation-exchanged montmorillonite catalyzed protection of aromatic aldehydes with Ac2O. J Catal 218(1):227–233. doi:10.1016/s0021-9517(03)00138-6
Jerónimo D, Guil JM, Corbella BM, Vasques H, Miranda A, Silva JM, Lobato A, Pires J, Carvalho AP (2007) Acidity characterization of pillared clays through microcalorimetric measurements and catalytic ethylbenzene test reaction. Appl Catal A Gen 330:89–95. doi:10.1016/j.apcata.2007.07.013
Johns WD (1979) Clay mineral catalysis and petroleum generation. Annu Rev Earth Plant Sci 7:183
Johns WD, Shimoyama A (1972) Clay minerals and petroleum-forming reactions during burial and diagenesis. AAPG Bull 56(11):2160–2167
Khaorapapong N, Ontam A, Youngme S, Ogawa M (2008) Solid-state intercalation and in situ formation of cadmium sulfide in the interlayer space of montmorillonite. J Phys Chem Solids 69(5–6):1107–1111
Larter SR, Douglas AG (1982) Pyrolysis methods in organic geochemistry: an overview. J Anal Appl Pyrol 4(1):1–19. doi:10.1016/0165-2370(82)80023-5
Liu D, Yuan P, Liu H, Cai J, Qin Z, Tan D, Zhou Q, He H, Zhu J (2011) Influence of heating on the solid acidity of montmorillonite: a combined study by DRIFT and Hammett indicators. Appl Clay Sci 52(4):358–363. doi:10.1016/j.clay.2011.03.016
Madejová J, Komadel P (2001) Baseline studies of the clay minerals society source clays: infrared methods. Clays Clay Miner 49(5):410–432
Mahmoud S, Hammoudeh A, Al-Noaimi M (2003) Pretreatment effects on the catalytic activity of Jordanian bentonite. Clays Clay Miner 51(1):52–57. doi:10.1346/ccmn.2003.510106
Mortland M, Raman K (1968) Surface acidity of smectites in relation to hydration, exchangeable cation, and structure. Clays Clay Miner 16(5):393–398
Motokura K, Nakagiri N, Mizugaki T, Ebitani K, Kaneda K (2007) Nucleophilic substitution reactions of alcohols with use of montmorillonite catalysts as solid Brønsted acids. J Org Chem 72(16):6006–6015. doi:10.1021/jo070416w
Noyan H, Önal M, Sarikaya Y (2006) The effect of heating on the surface area, porosity and surface acidity of a bentonite. Clays Clay Miner 54(3):375–381. doi:10.1346/ccmn.2006.0540308
Reddy CR, Iyengar P, Nagendrappa G, Jai Prakash BS (2005) Esterification of succinic anhydride to di-(p-cresyl) succinate over Mn + -montmorillonite clay catalysts. J Mol Catal A Chem 229(1–2):31–37. doi:10.1016/j.molcata.2004.10.044
Reddy CR, Nagendrappa G, Jai Prakash BS (2007) Surface acidity study of Mn + -montmorillonite clay catalysts by FT-IR spectroscopy: correlation with esterification activity. Catal Commun 8(3):241–246
Reddy CR, Bhat YS, Nagendrappa G, Jai Prakash BS (2009) Brønsted and Lewis acidity of modified montmorillonite clay catalysts determined by FT-IR spectroscopy. Catal Today 141(1–2):157–160
Rupert JP, Granquist WT, Pinnavaia TJ (1987) Catalytic properties of clay minerals. Chemistry of clays and clay minerals. Longman scientific and technical, New York
Shimizu K-i, Higuchi T, Takasugi E, Hatamachi T, Kodama T, Satsuma A (2008) Characterization of Lewis acidity of cation-exchanged montmorillonite K-10 clay as effective heterogeneous catalyst for acetylation of alcohol. J Mol Catal A Chem 284(1–2):89–96. doi:10.1016/j.molcata.2008.01.013
Singh B, Patial J, Sharma P, Agarwal SG, Qazi GN, Maity S (2007) Influence of acidity of montmorillonite and modified montmorillonite clay minerals for the conversion of longifolene to isolongifolene. J Mol Catal A Chem 266(1–2):215–220
Tyagi B, Chudasama CD, Jasra RV (2006) Characterization of surface acidity of an acid montmorillonite activated with hydrothermal, ultrasonic and microwave techniques. Appl Clay Sci 31(1–2):16–28
Ursu AV, Jinescu G, Gros F, Nistor ID, Miron ND, Lisa G, Silion M, Djelveh G, Azzouz A (2011) Thermal and chemical stability of Romanian bentonite. J Therm Anal Calorim 106(3):965–971. doi:10.1007/s10973-011-1414-z
Vaccari A (1999) Clays and catalysis: a promising future. Appl Clay Sci 14(4):161–198
Varma RS (2002) Clay and clay-supported reagents in organic synthesis. Tetrahedron 58(7):1235–1255
Walling C (1950) The acid strength of surfaces. J Am Chem Soc 72(3):1164–1168
Wattel-Koekkoek EJW, van Genuchten PPL, Buurman P, van Lagen B (2001) Amount and composition of clay-associated soil organic matter in a range of kaolinitic and smectitic soils. Geoderma 99(1–2):27–49. doi:10.1016/s0016-7061(00)00062-8
Zheng Y, Zaoui A, Shahrour I (2010) Evolution of the interlayer space of hydrated montmorillonite as a function of temperature. Am Mineral 95(10):1493–1499. doi:10.2138/am.2010.3541
Zhou CH (2011) Clay mineral-based catalysts and catalysis. Appl Clay Sci 53(2):85