Synthesis of a 10-Å Hydrated Kaolinite

Abstract

Hydrated kaolinite (d(001) = 10 Å) can be synthesized by mild heating of a kaolinite-organic suspension, allowing time for the clay to be intercalated by the organic solvent, and then dissolving a fluoride salt in the liquid. After mild heating of the suspension, the salt and organic solvent are removed by repeated water washings. The kaolinite retains interlayer water in the form of a 10-Å kaolinite hydrate. The influence of the intercalating agent, type of salt, concentration of salt, and the time of treatment on the synthesis of 10-Å hydrate was examined for several kaolinites. The most effective salt is NH₄F; much smaller yields were obtained using KF and RbF. Not all organic molecules gave high yields of the hydrate; dimethyl sulfoxide, formamide, and hydrazine worked well but N-methyl formamide did not. The reaction between clay and salt resulted in the replacement of some hydroxyls by fluoride. This replacement was rapid; after 1 min of fluoride treatment a substantial yield of hydrate was obtained. The intercalation step separated the layers and also disordered the kaolinite, facilitating the F for OH replacement at or near crystallite edges. This replacement weakens the interlayer bonding at the edges and thereby reduces the possibility of layer collapse and attendant dehydration.

Резюме

Гидратированный каолинит (d(001) = 10 Å) может быть синтезирован путем умеренного нагрева каолинито-органической суспензии, уели имеется достаточное время для того, чтобы органический растворитель включился в глину и для последующего растворения флюористой соли в жидкости. После умеренного нагрева суспензии, соль и органический растворитель удаляются при помощи неоднократных водных промываний. Каолинит удерживает межслойную воду в виде 10-Å каолинитового гидрата. Исследовалось влияние прослойгого вещества, типа соли, концентрации соли и времени обработки на синтез 10-Å гидрата для нескольких каолинитов. Наиболее эффективная соль это NH₄F; намного меньшие результаты были получены при использовании KF и RbF. Не все органические молекулы давали высокий выход гидрата. Диметилсульфоксид, формамид и гидразин давали хорошие результаты, в то время как N-метиловый формамид не давал таких результатов. В результате реакции между глиной и солью происходило замещение некоторых гидроксилов флюоридами. Это замещение было быстрым, после 1 минуты флюористой обработки был получен значительный выход гидрата. Тонкое включение прослойки разделяло слои, а также приводило к нарушению упорядочения каолинита, облегчая замещение OH флюором на кристаллических гранях. Это замещение ослабляет межслой-ную связь на гранях и, таким образом, уменьшает возможность разрушения слоя и сопутствующей дегидратации. [E.G.]

Resümee

Hydratisierter Kaolinit (d(001)= 10 Å) kann durch mildes Erhitzen einer Suspension aus Kaolinit und einem organischen Lösungsmittel synthetisiert werden, wobei genügend Zeit vorhanden sein muß, damit das organische Lösungsmittel in die Zwischenschichten des Ton eindringen kann, und anschließend ein Fluorid-Salz in der Flüssigkeit aufgelöst werden kann. Nachdem die Suspension mild erhitzt wurde, werden das Salz und das organische Lösungsmittel durch wiederholtes Waschen mit Wasser entfernt. Der Kaolinit hält Zwischenschichtwasser in der Form eines 10 Å Kaolinithydrates zurück. Der Einfluß des Zwischenschicht-bildenden Agens, der Art des Salzes, der Salzkonzentration und der Behandlungszeit auf die Synthese des 10 Â Hydrates wurde für verschiedene Kaolinite untersucht. Das wirksamste Salz war NH₄F; viel kleinere Ausbeuten wurden mit KF und RbF erzielt. Nicht alle organischen Moleküle ergaben hohe Hydratausbeuten. Dimethylsulfoxid, Formamid und Hydrazin hatten einen positiven Einfluß, während N-methylformamid keine Wirkung zeigte. Die Reaktion zwischen Ton und Salz führte zum Ersatz einiger Hydroxidionen durch Fluoridionen. Dieser Ersatz verlief schnell; nach einer Minute der Fluoridbehandlung wurde eine wesentliche Ausbeute an Hydrat erzielt. Der Schritt zur Bildung der Zwischenschicht trennte die Lagen und führte zu einer schlechten Ordnung des Kaoliniis, indem er den Ersatz von OH durch F an den Kristallkanten erleichterte. Dieser Ersatz scwächte die Zwischenschichtbindung an de Kanten und verringerte dadurch die Möglichkeit, daß die Schichtstruktur zerstört wird und im Zusammenhang damit eine Dehydratation stattfindet. [U.W.]

Résumé

Une kaolinite hydratée (d(001) = 10 Â) peut être synthétisée en chauffant légèrement une suspension organique-kaolinite, donnant du temps pour que l'argile soit intercalaté par le solvant organique, et ensuite dissolvant un sel floride dans le liquide. Après avoir légèrement échauffé la suspension, le sel et le solvant organique sont enlevés par des lavements à l'eau répétés. La kaolinite retient de l'eau intercouche sous la forme d'hydrate kaolinite 10-Å. L'influence de l'agent intercalatant, le genre de sel, la concentration du sel, et la durée du traitement sur la synthèse de l'hydrate 10-Â ont été examinés pour plusieurs kaolinites. Le sel le plus efficace est NH₄F; on a obtenu des produits beaucoup moins importants en utilisant KF et RbF. On n'a pas obtenu de grandes quantités d'hydrate de toutes les molécules organiques; la sulfoxide diméthyle, la formamide et l'hydrazine marchaient bien, mais pas la formamide methyle-N. La réaction entre l'argile et le sel a résulté en le remplacement de certains hydroxyls par la fluoride. Ce remplacement est rapide; après 1 min de traitement à la floride, une quantité substantielle d'hydrate a été produite. L’étape d'intercalation a séparé les couches et a aussi désordonné la kaolinite, facilitant le remplacement de F par OH aux bords cristallites. Ce remplacement affaiblit les liens intercouche aux bords, et réduit ainsi la possibilité de l'effondrement de couches et la déshydration l'accompagnant. [D.J.]