论文部分内容阅读
高岭石插层纳米复合材料的研究成为材料科学中一个极富生命力的领域。但由于高岭石特殊的层间结构使其插层困难,目前国内外的研究基本上还只是停留在制备和结构表征阶段,缺乏对于插层体系机理及机制的定量研究。本文分别选用DMSO、甲酰胺、乙酰胺三种有机分子作为插层剂,制备得到相应的高岭石有机插层复合物。采用XRD、FTIR和热分析等技术对复合物进行了结构及性能表征,并针对各插层复合物的脱嵌反应过程进行了热分析动力学研究。本文采用不同的动力学方法计算脱嵌反应动力学三因子:分别采用Ozawa法、KAS法及二者对应的迭代法以及Starink法计算反应的活化能Ea;分别采用Satava法和Malek法判定脱嵌反应最概然机理函数;分别采用Friedman法和Dollimore法求取反应的指前因子A。通过计算和分析对比,探讨热分析动力学方法用于高岭石插层复合物脱嵌反应的普适性,揭示复合物脱嵌反应的机理,并为插层机理的研究提供一定依据。论文得到的主要结论如下:(1)不同方法判定得到高岭石/DMSO、高岭石/甲酰胺以及高岭石乙酰胺插层复合物的脱嵌反应机理函数均为43号机理函数,即n级化学反应:)1/(])1(1[)(1nGn---=-aa,nf-=aa)1()(。(2)对每种插层复合物而言,不同动力学计算方法得到的插层复合物脱嵌反应活化能Ea结果基本一致,Ea结果取KAS-迭代法、Ozawa-迭代法和Starink法的平均值,即DMSO、甲酰胺和乙酰胺插层复合物脱嵌反应Ea值分别为84.09 kJ/mol、79.71 kJ/mol、86.97 kJ/mol。(3)采用Friedman法计算得到三种插层复合物脱嵌反应的指前因子A的取值范围分别为:0.42×108~10.37×108,1.31×107~11.49×107,1.02×108~9.54×108;采用Friedman法计算得到的三种插层复合物脱嵌反应的A值分别为:0.43×108~10.08×108,1.60×107~9.87×107,2.45×108~9.68×108。两种计算方法得到的各插层复合物的指前因子A的数量级相同,取值范围近似。(4)各插层复合物脱嵌反应活化能Ea和指前因子A结果有所不同,其中高岭石/乙酰胺插层复合物脱嵌反应的活化能和指前因子均为最大,高岭石/DMSO次之,高岭石/甲酰胺最小,表明甲酰胺和DMSO较易进入高岭石层间,而乙酰胺的插层相比较为困难。通过高岭石有机插层复合物脱嵌反应热分析动力学分析可为插层机理的研究提供一定依据。