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Clays and Clay Minerals

, Volume 28, Issue 2, pp 105–110 | Cite as

Intercalation of Silica in Smectite

  • T. Endo
  • M. M. Mortland
  • T. J. Pinnavaia
Article

Abstract

Silica has been intercalated in swelling clays by hydrolysis and/or oxidation of tris(acetylacetonato)siIicon(IV) cations, Si(acac)3+, and polychlorosiloxanes, (-SiOCl2-)n, in the interla-mellar regions of the minerals. The Si(acac)3+ ions have been placed on the interlamellar surfaces by ion exchange and by in situ reaction of the acetylacetone-solvated clays with SiCl4. The (-SiOCl2-)n polymers were formed in the interlayers by reaction of adsorbed benzaldehyde with SiCl4. The optimum (001) spacing observed after firing the clays in air at 500°C (12.6 Å) corresponds to the presence of a monolayer of siloxane chains. Nitrogen BET surface areas range from 40 to 240 m2/g, depending on the amount of internal surface covered by the intercalated silica. In some cases, highly ordered products were formed which exhibit four orders of (00ℓ) reflection. Interstratifled products with d(001) values between 9.6 and 12.6 Å exhibit surface areas consistent with the presence of a random mixture of totally collapsed interlayers and interlayers containing siloxane monolayers. Attempts to achieve silica intercalation by hydrolysis of SiCl4 in the clay interlayers were not productive.

Key Words

Hectorite Intercalation Silica Smectite Vermiculite 

Резюме

Кремнезем был включен в разбухающие глины с помощью гидролиза и/или окисления катионов три (ацетилацетоната) силикона(IV), Si(асас)3+, полихлоросилоксанов (-SiOCl2)n в межслойных областях минералов. Ионы Si(асас)3+ были помещены на межслойные поверхности ионным обменом и реакцией in situ глин, растворенных в ацетилацетоне, с SiСl4. Полимеры (-SiOCl2)n, образовывались в межслоях реакцией адсорбированного бензалдегида с SiСl4. Оптимальные (001) промежутки, наблюдаемые после прокаливания глин в ваздухе при 500°С (12,6Å) соответствуют присутствию монослоя силоксановых цепей. Азотные ВЕТ поверхностные площади изменяются от 40 до 240 m2/г, в зависимости от размера внутренней поверхности, покрытой внедренным кремнеземом. В некоторых случаях образуются высоко-порядковые продукты, которые проявляют четыре порядка отражения 001. Переслаивающиеся продукты с величинами d(001) в пределах 9,6 и 12,6А прявляют поверхностные площади, согласующиеся с присутствием беспорядочной смеси полностью разрушенных межслоев и межслоев, содержащих силоксановые монослои. Попытки достичь интеркалации кремнезема гидролизом SiCl4 в межслоях глины не дали результатов. [N.R.]

Resümee

SiO2 wurde in quellfähige Tone durch die Hydrolyse und/oder Oxidation von Tris(acetylacetonato)silicon(IV)-Kationen, Si(acac)3+, und Polychlorosilioxane (-SiOCl2-)n in die Zwischenschichtbereiche der Minerale eingelagert. Die Si(acac)3+-Ionen wurden auf die Zwischenschichtoberflächen durch Ionenaustausch und durch die in situ Reaktionen von in Acetylaceton gelösten Tonen mit SiCl4 aufgebracht. Die (-SiOCl2-)n-Polymere wurden in den Zwischenschichten durch die Reaktion von adsorbiertem Benzaldehyd mit SiCL, gebildet. Der optimale (001) Schichtabstand, der nach dem Erhitzen der Tone auf 500°C in Luft (12,6 Å) beobachtet wurde, stimmt mit dem Vorhandensein einer Monoschicht von Siloxanketten überein. Stickstoff BET Oberflächenbereiche reichen von 40–240 m2/g, abhängig von der Größe der inneren Oberfläche, die durch das eingelagerte SiO2 bedeckt ist. In einigen Fällen entstehen gut geordnete Produkte, die vier Ordnungen der 00ℓ-Reflexion zeigen. Wechsellagerungsprodukte mit d(001)-Werten zwischen 9,6 und 12,6 Å zeigen Oberflächenbereiche, die mit dem Vorhandensein einer unregelmäßigen Mischung aus volständig zusammengebrochenen Zwischenschichten und Zwischenschichten, die Siloxan-Monoschichten enthalten, übereinstimmen. Versuche, eine SiO2-Einlagerung durch die Hydrolyse von SiCL, in den Tonzwischenschichten zu erreichen, waren nicht erfolgreich. [U.W.]

Résumé

La silice a été intercalatée dans des argiles gonflants par hydrolyse et/ou par oxidation des cations tris(acétylatonato)silicés(IV), Si(acac)3+, et polychlorosilioxanes, (-SiOCl2-)n, dans les régions interfo-laires des minéraux. Les ions Si(acac)3+ ont été placés sur les surfaces interfolaires par échange d’ions, et par la réaction in situ des argiles dissolus à l’acétylatone avec SiCl4. Les polymères (-SiOCl2-)n ont été formées dans les intercouches par la réaction de benzaldehyde adsorbée avec SiCl4. L’espacement (001) optimal observé après la cuisson des argiles à l’air à 500°C (12,6 Å) correspond à la présence d’une mono-couche de chaînes siloxanes. Les régions de surface de nitrogène BET s’étagent de 40 à 240 m2/g, dépendant de l’étendue de surface interne couverte par la silice intercalatée. Dans quelques cas, des produits qui exhibent 4 ordres de reflection (00ℓ sont formés. Des produits interstratifiés avec des valeurs d(001) entre 9,6 et 12,6 Å exhibent des surfaces fidèles à la présence d’un mélange fait au hasard d’intercouches totalement effondrées et d’intercouches contenant des monocouches siloxanes. Des efforts faits pour obtenir l’intercalation de la silice par l’hydrolyse de SiCl4, dans les intercouches d’argile ne se sont pas montrés productifs. [D.J.]

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References

  1. Aragon de la Cruz, F., Esteban, J., and Viton, C. (1973) Interaction of chlorosilanes with montmorillonite and vermiculite: Proceedings of the International Clay Conference, Madrid, Spain, 1972, 705–710.Google Scholar
  2. Barrer, R. M. and MacLeod, D. M. (1951) Activation of montmorillonite by ion exchange and sorption complexes of tetra-alkylammonium montmorillonites: Trans. Farad. Soc. 51, 1290–1300.CrossRefGoogle Scholar
  3. Clementz, D. M., and Mortland, M. M. (1974) Properties of reduced charge montmorillonite: Tetra-alkylammonium ion exchange forms: Clays & Clay Minerals 22, 223–229.CrossRefGoogle Scholar
  4. Dhar, S. K., Doron, V., and Kirschner, S. (1959) Six coordinate silicon (IV). II. The hydrolysis and racemization of the tris-(acetylacetonato)-silicon (IV) cation: J. Amer. Chem. Soc. 81, 6372–6375.CrossRefGoogle Scholar
  5. Knudson, M. I. and McAtee, J. L. (1973) The effect of cation exchange of tris(ethylenediamine)cobalt(III) for sodium on nitrogen sorption by montmorillonite: Clays & Clay Minerals 21, 19–26.CrossRefGoogle Scholar
  6. Lahav, N., Shani, U., and Shabtai, J. (1978) Cross-linked smectites. I. Synthesis and properties of hydroxy-alumi-num-montmorillonite: Clays & Clay Minerals 26, 107–115.CrossRefGoogle Scholar
  7. Loeppert, Jr., R. H., Mortland, M. M., and Pinnavaia, T. J. (1979) Synthesis and properties of heat-stable expanded smectite and vermiculite: Clays & Clay Minerals 27, 201–208.CrossRefGoogle Scholar
  8. Mortland, M. M. and Berkheiser, V. E. (1976) Triethylene-diamine-clay complexes as matrices for adsorption and catalytic reactions: Clays & Clay Minerals 24, 60–63.CrossRefGoogle Scholar
  9. Parfitt, R. L. and Mortland, M. M. (1968) Ketone adsorption on montmorillonite: Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 32, 355–363.CrossRefGoogle Scholar
  10. Riley, R. F., West, R., and Barbarin, R. (1963) Tris-(acetylacetonato)-silicon chloride hydrochloride and some derivatives: Inorg. Syn. 7, 30–33.Google Scholar
  11. Thompson, D. W. (1969) A new β-diketonate complex of silicon(IV): Inorg. Chem. 8, 2015–2018.CrossRefGoogle Scholar
  12. Traynor, M. F., Mortland, M. M., and Pinnavaia, T. J. (1978) Ion exchange and intersalation reactions of hectorite with tris-bipyridyl metal complexes: Clays & Clay Minerals 26, 318–326.CrossRefGoogle Scholar
  13. Yamanaka, S. and Brindley, G. W. (1979) High surface area solids obtained by reaction of montmorillonite with zirconyl chloride: Clays & Clay Minerals 27, 119–124.CrossRefGoogle Scholar
  14. Zappel, A. (1955) The reaction of chlorosilanes with benzal-dehyde. J. Amer. Chem. Soc. 77, 4228.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Clay Minerals Society 1980

Authors and Affiliations

  • T. Endo
    • 1
  • M. M. Mortland
    • 1
  • T. J. Pinnavaia
    • 2
  1. 1.Department of Crop and Soil ScienceMichigan State UniversityEast LansingUSA
  2. 2.Department of ChemistryMichigan Stage UniversityEast LansingUSA

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