Adsorption of Ethylene Glycol on Amine-Substituted Montmorillonites

Abstract

To determine the reason why the adsorption of ethylene glycol on organo-smectites does not result in an expansion along the c-axis of the clays, smectites containing relatively small organo-ammonium ions (lauryl-, benzyl-, dibenzyl-, and dicyclohexylammonium), larger organic cations (dimethylbenzyloctadeyl- and methylbenzyldioctadecylammonium), and the heterocyclic organo-ammonium ion 1,4a-dimethyl-7-isopropyl-1,2,3,4,4a,9,10,10a-octahydro-1-phenanthrenemethylammonium and the corresponding ethoxylated compound were exposed to ethylene glycol vapor for up to several months and examined by X-ray powder diffraction (XRD), surface area, and thermogravimetric methods. Weight loss data showed that all samples adsorbed ethylene glycol. XRD data for oriented samples indicated that lauryl-, benzyl-, dicyclohexyl-, and ethoxylated heterocyclic ammonium clays expanded by one layer of ethylene glycol and that methylbenzyldioctadecylammonium smectite expanded by two layers. Dibenzyl-, dimethylbenzyloctadecyl-, and heterocyclic smectites did not expand because the clay oriented in such a manner as to leave free clay surface between the organo-ammonium cations.

Резюме

Для того, чтобы найти причину почему адсорбция этиленгликоля органо-смектитами не вызывает расширения вдоль оси с глин, смектиты, содержащие сравнительно небольшие органо-аммониевые ионы (лорил-, бензил-, лобезил-, и дициклогексиламмоний), большие органические катионы (диметилбензилоктадил- и метилбензилдиокт адециламмоний), и гетероциклический органо-аммониевый ион 1,4а-диметил-7-изопропил-1,2,3,4,4а,9,10,10а-октагидро-1-фенатренеметиламмоний и соответствующее этоксилатированное соединение были подвергнуты обработке паром этилена гликоля на протяжении нескольких месяцев и исследованы порошковым методом рентгено-структурного анализа (РСА), методом поверхностной пдощади, и термогравиметрическим методом. Данные потери веса указывают на то, что все образцы адсорбировали этилен гликоль. Данные РСА ориентированных образцов показали, что лорил-, бензил-, дициклогексил-, и этоксилатированные гетероциклические аммониевые глины расширялись на один слой этилена гликоля и что метилбензилдиоктадециламмониевый смектит расширился на два слоя. Дибензил-, диметилбензил-, октадецил-, и гетероциклические смектиты не расширились потому что глина ориентирована так, что оставляет свободную глинистую поверхность между органо-аммониевыми катионами. [N.R.]

Resümee

Um zu untersuchen, warum die Adsorption von Ethylenglycol an Organo-Smektiten kein Quellender Tone in Richtung der c-Achse verursacht, wurden Smektite, die die folgenden Ionen enthielten, für einige Monate Ethylenglycoldampf ausgesetzt und anschließend mittels Röntgendiffraktometrie, Oberflächen- und thermogravimetrischen Methoden untersucht: relativ kleine Organo-Ammoniumionen (Lauryl-, Benzyl-, Dibenzyl-, und Dicyclohexylammonium), größere organische Kationen (Dimethylbenzyloctadeyl- und Methylbenzyldioctadecylammonium), und das heterocyclische Organo-Ammoniumion 1,4a-Dimethyl-7-Isopropyl-1,2,3,4,4a,9,10,10a-Octahydro- 1-Phenanthrenemethylammonium und die entsprechende ethoxylierte Verbindung. Ergebnisse über den Gewichtsverlust zeigen, daß alle Proben Ethylenglycol adsorbieren. Röntgendiffraktometerdaten von orientierten Proben deuten darauf hin, daß Lauryl-, Benzyl-, Dicyclohexyl-, und ethoxylierte heterocyclische Ammonium-Tone um eine Schicht Ethylenglycol quellen und Methylbenzyldioctadecylammonium-Smektit um zwei Schichten. Dibenzyl-, Dimethylbenzyloctadecyl-, und heterocyclische Smektite quellen nicht, da diese Tone in einer Weise orientiert sind, die freie Tonoberflächen zwischen den Organo-Ammoniumkationen übrig läßt. [U.W.]

Résumé

Pour déterminer la raison pour laquelle l’adsorption de glycol éthylène sur des organo-smectites ne résulte pas en une expansion le long de l’axe-c des argiles, des smectites contenant des ions organo-ammonium relativement petits (ammonium-lauryl, -benzyl, -dobenzyl, et -dicyclohexyl), des cations organiques plus grands (ammonium-diméthylbenzyloctadyl et -méthylbenzyldioctadecyl), et l’ion organo-ammonium hétérocyclique ammonium 1,4a-diméhyl-7-isopropyl-1,2,3,4,4a,9,10,10a-octahydro-1-phénanthreneméthyl et le composé éthoxylaté correspondant ont été exposés à la vapeur de glycol éthylène pendant plusieurs mois et examinés par des méthodes de diffraction poudrée aux rayons-X (XRD), d’aire de surface, et thermograVimétriques. Des données de perte de poids ont montré que tousles échantillons avaient adsorbé le glycol éthylène. Des données XRD pour des échantillons orientés ont indiqué que les argiles ammonium-lauryl, -benzyl, -dicyclohexyl, et hétérocycliques ethoxylatés se sont dilatés par une couche de glycol éthylène et que la smectite méthylhenzyldioctadecylammonium s’est dilatée par deux couches. Les smectites-dibenzyl, -diméthylbenzyloctadecyl et hétérocycliques ne se sont pas dilatées parce que l’argile s’était orientée de telle manière qu’une surface libre d’argile était laissée entre les cations organo-ammonium. [D.J.]