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Clays and Clay Minerals

, Volume 31, Issue 4, pp 261–268 | Cite as

Surface Properties of Smectites Exchanged with Mono- and Biprotonated 1,4-Diazobicyclo(2,2,2)-Octane

  • L. Van Leemput
  • M. S. Stul
  • A. Maes
  • J. B. Uytterhoeven
  • A. Cremers
Article

Abstract

Smectites exchanged to various degrees with mono- or biprotonated 1,4-diazobicyclo(2,2,2)-octane (Dabco) have a porous structure in which the organic molecule acts as a “pillar.” Less Dabco2+ than Dabco1+ was necessary both to initiate and to complete expansion, whereas for both Dabco1+ and Dabco2+ the threshold for expansion increased with the charge density of the clay. Interstratification of 9.7-Å and 14.5-Å (Dabco1+) or 14.1-Å (Dabco2+) layers was observed before full expansion occurred.

Nitrogen sorption isotherms on partially exchanged Dabco1+- and Dabco2+-clays are of the BET II and Langmuir type respectively, whereas n-butane adsorbed according to BET type II for both cationic forms. The specific surface area was governed by the number of Dabcoz+ pillars, irrespective of the inorganic cation, and increased with Dabcoz+ content even beyond the composition where full expansion was reached and notwithstanding the increasing number of silicate layers in the c direction of the crystal units. This relationship is explained by an enhanced random interleaving of clay platelets in the stacking units containing Dabcoz+.

Key Words

Dabco Interlayering Pillar Smectite Surface area 

Резюме

Резюме—Смектиты, обмененные в разной степени с моно- и двупротонными 1,4-диазодвуцикло-(2,2,2)-oктаном (Дабко), имеют пористую структуру в которой органическая молекула играет роль “опоры”. Меньшее количество Дабко2+, чем Дабко1+ было необходимо, чтобы начать и закончить экспансию. Для обоих Дабко1+ и Дабко2+ порог экспансии увеличивался пропорционально плотности заряда глины. Впластование слоев 9,7-Å и 14,5-Å (Дабко1+) или 14,1-Å (Дабко2+) наблюдалось перед лоявлением полной экспансии.

Изотермы сорбции азота для частично обмененных Дабко1+- и Дабкоz+-глин являются типа БЭТ II и лангмуира соответственно, тогда как п-бутан адсорбировался согласно типу БЭТ II для обоих катионных форм. Удельная площадь поверхности регулировалась числом “опор” Дабкоz+ независимо от неорганического катиона. Эта величина увеличивалась с содержанием Дабкаz+ даже вне состава, при котором достигалась полная экспансия, и несмотря на увеличивающееся число силикатовых слоев по с-направлению в кристалле. Это взаимоотношение объясняется увеличенным неупорядоченным переслаиванием глиновых пластинок в единицах, содержащих Дабкоz+. [Е.С.]

Resümee

Smektite, die bis zu verschiedenen Graden mit mono- oder biprotoniertem 1,4-Diazobicyclo(2,2,2)-Oktan (Dabco) ausgetauscht wurden, haben eine poröse Struktur, in denen organische Moleküle als “Pillar” wirken. Es war weniger Dabco2+ als Dabco1+ notwendig, um eine Expansion zu beginnen und zu vervollständigen, während sowohl für Dabco1+ als auch für Dabco2+ der Schwellenwert der Expansion mit der Ladungsdichte des Tons anstieg. Es wurde eine Wechsellagerung von 9,7 Å und 14,5 Å- (Dabco1+) oder 14,1 Å- (Dabco2+) Lagen beobachtet, bevor eine vollständige Expansion eintrat. Die Stickstoff-Adsorptionsisotherme an teilweise ausgetauschten Dabco1+- und Dabco2+-Tonen sind vom BET II-bzw. Langmuir-Typ, während n-Butan an beide kationische Arten nach dem BET II-Type adsorbiert wird. Die spezifische Oberfläche wurde von der Zahl der Dabco2+-Pillars, unabhängig vom anorganischen Kation, bestimmt, und nahm mit dem Dabco2+-Gehalt zu, und zwar über das Maß hinaus, bei dem maximale Expansion erreicht wurde, und ungeachtet der zunehmenden Zahl der Silikatschichten in Richtung der c-Achse der Einheitszelle. Diese Beziehung ist durch eine zunehmend unregelmäßig erfolgende Stapelung von Tonteilchen in den Stapelungseinheiten, die Dabco2+ enthalten, zu erklären. [U.W.]

Résumé

Les smectites échangées à un taux variable avec l,4-diazobicyclo(2,2,2)-octane (Dabco) mono- ou biprotoné ont une structure poreuse dans laquelle Dabco agit comme un “pilier.” On a besoin de moins de Dabco2+ que de Dabco1+ aussi bien pour débuter que pour compléter l’expansion des feuillets d’argile, tandis que, aussi bien pour Dabco1+ que pour Dabco2+ le nombre nécessaire pour l’expansion augmente avec la densité de charge de l’argile. L’interstratification des couches de 9,7 Å et 14,5 Å (Dabco1+) ou 14,1 Å (Dabco2+) est observée avant que l’expansion complète ne soit réalisée.

Les isothermes de sorption de nitrogène sur les argiles partiellement échangées avec Dabco1+ ou Dabco2+ sont respectivement d’un type BET II ou Langmuir, tandis que quand n-butane adsorbe, il en ressort un type BET II pour les deux formes cationiques. La surface spécifique est gouvernée par le nombre de piliers de Dabcoz+, indépendant du cation inorganique et augmente avec le contenu du Dabcoz+ même pour la composition après que l’expansion complète soit obtenue, et malgré l’augmentation du nombre des feuillets de silicate dans la direction C des unités cristallines. Ceci est expliqué par une augmentation de la façon quelconque d’intercalation des feuillets d’argile dans les unités d’empilement qui contiennent le Dabcoz+.

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Copyright information

© The Clay Minerals Society 1983

Authors and Affiliations

  • L. Van Leemput
    • 1
  • M. S. Stul
    • 1
  • A. Maes
    • 1
  • J. B. Uytterhoeven
    • 1
  • A. Cremers
    • 1
  1. 1.Centrum voor Oppervlaktescheikunde en Colloïdale Scheikunde de Croylaan 42Leuven (Heverlee)Belgium

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