비정질$SiO_2$와 $Al(OH)_3$를 출발물질로 이용하여 250$^{\circ}C$, $30kg/cm^2$의 조건에서 pH를 2${\sim}$9까지 변화시키면서 캐올리나이트를 수열합성하였다. 합성 캐올리나이트는 XRD, FT-IR, TG, DTA, 및 FE-SEM을 사용하여 광물학적 특성 분석을 실시하였으며, 이로부터 캐올리나이트 합성시 pH의 변화에 따른 영향력을 관찰하였다. 실험결과, 산성조건에서 중-저 결함도와 높은 열적 안정성을 갖는 양호한 캐올리나이트가 합성되었으며, 알카리성 조건에서는 결함이 많은 캐올리나이트가 합성되었다. 이러한 현상은 합성 캐올리나이트의 표면특성이 pH에 의존하기 때문인 것으로 보인다. FT-IR 분석결과, 반응용액의 알칼리도가 증가함에 따라 합성 캐올리나이트의 피크 강도와 분해도가 감소되었으며, TG-DTA 분석결과, 60-70$^{\circ}C$의 저온영역에서의 탈수현상에 의한 피크 강도 증가가 관찰되었다. 이러한 결과는 pH의 증가에 따라 반응에 참여하지 못한 비정질 물질의 양이 증가하기 때문이며 FE-SEM 분석에 의해 확인되었다.
비정질 $SiO_2$와 $Al(OH)_3$를 출발물질로 이용하여 250$^{\circ}C$, $30kg/cm^2$의 조건에서 pH를 2${\sim}$9까지 변화시키면서 캐올리나이트를 수열합성하였다. 합성 캐올리나이트는 XRD, FT-IR, TG, DTA, 및 FE-SEM을 사용하여 광물학적 특성 분석을 실시하였으며, 이로부터 캐올리나이트 합성시 pH의 변화에 따른 영향력을 관찰하였다. 실험결과, 산성조건에서 중-저 결함도와 높은 열적 안정성을 갖는 양호한 캐올리나이트가 합성되었으며, 알카리성 조건에서는 결함이 많은 캐올리나이트가 합성되었다. 이러한 현상은 합성 캐올리나이트의 표면특성이 pH에 의존하기 때문인 것으로 보인다. FT-IR 분석결과, 반응용액의 알칼리도가 증가함에 따라 합성 캐올리나이트의 피크 강도와 분해도가 감소되었으며, TG-DTA 분석결과, 60-70$^{\circ}C$의 저온영역에서의 탈수현상에 의한 피크 강도 증가가 관찰되었다. 이러한 결과는 pH의 증가에 따라 반응에 참여하지 못한 비정질 물질의 양이 증가하기 때문이며 FE-SEM 분석에 의해 확인되었다.
Kaolinite [$Al_2Si_2O_5(OH)_4$] used in these experiments was synthesized at 250$^{\circ}C$ for 36 hrs by a hydrothermal process from amorphous $Al(OH)_3$ and $SiO_2$. The change of the mineralogical properties of the phase synthesized were observed in the...
Kaolinite [$Al_2Si_2O_5(OH)_4$] used in these experiments was synthesized at 250$^{\circ}C$ for 36 hrs by a hydrothermal process from amorphous $Al(OH)_3$ and $SiO_2$. The change of the mineralogical properties of the phase synthesized were observed in the pH range 2 to 9. The synthetic kaolinite were characterized by the analytical methods of XRD, IR, DIA, and FE-SEM. Kaolinite was obtained in a wide range of pH. The phases with high- to midium- defect kaolinite with high thermal stability were obtained from the acidic conditions and high-defect kaolinite with low thermal stability from the basic conditions. These variations of kaolinite properties appears to be related to the pH dependence of kaolinite surface speciation. The peaks intensity and resolution of the kaolinite decrease according to the alkalinity of the solution by the results of the IR testing. And the peak intensity increases in the 60 to 70$^{\circ}C$ range due to dehydration reaction observed by TG-DTA. Such phenomena was the result of increase of unreacted amorphous materials in the high pH condition, which could be identified by FE-SEM.
Kaolinite [$Al_2Si_2O_5(OH)_4$] used in these experiments was synthesized at 250$^{\circ}C$ for 36 hrs by a hydrothermal process from amorphous $Al(OH)_3$ and $SiO_2$. The change of the mineralogical properties of the phase synthesized were observed in the pH range 2 to 9. The synthetic kaolinite were characterized by the analytical methods of XRD, IR, DIA, and FE-SEM. Kaolinite was obtained in a wide range of pH. The phases with high- to midium- defect kaolinite with high thermal stability were obtained from the acidic conditions and high-defect kaolinite with low thermal stability from the basic conditions. These variations of kaolinite properties appears to be related to the pH dependence of kaolinite surface speciation. The peaks intensity and resolution of the kaolinite decrease according to the alkalinity of the solution by the results of the IR testing. And the peak intensity increases in the 60 to 70$^{\circ}C$ range due to dehydration reaction observed by TG-DTA. Such phenomena was the result of increase of unreacted amorphous materials in the high pH condition, which could be identified by FE-SEM.
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문제 정의
본 연구에서는 비정질 SiOz와 Al(0H)3를 출발물질로 이용하여 반응용액의 pH를 변화시키면서 캐올리나이트를 합성하여 캐올리나이트의 결정도 및 결함도에 대한 영향력을 확인하고자하였다. 또한, 합성된 캐올리나이트는 XRD, TG, DTA, IR, 및 FE-SEM 등의 기기로 분석하고 힌클리 지수(Hinckley index) 그리고 비표면적을 측정하여 광물학적 제반 특성을 조사하고 자연산(Source clay Georgia) 캐올리나이트와 비교 분석하였다.
제안 방법
광물의 열적 특성을 규명하기 위해 시차 열분석 및 열중량분석 (TG-DTA, 2000S, MAC Science) 을 실시하였다. 분석 조건은 승온 속도 10℃/min로 상온에서 1000℃까지 가열하였으며, 기준물질로는 CC-AI2O3를 사용하였다.
영향력을 확인하고자하였다. 또한, 합성된 캐올리나이트는 XRD, TG, DTA, IR, 및 FE-SEM 등의 기기로 분석하고 힌클리 지수(Hinckley index) 그리고 비표면적을 측정하여 광물학적 제반 특성을 조사하고 자연산(Source clay Georgia) 캐올리나이트와 비교 분석하였다.
사용하였다. 분석시료는 카본테이프에 붙여서 60℃ 에서 10분 정도 건조한 후, 메쉬(mesh)위에 올렸으며, 약 10nm의 두께로 오스뮴(OsmiumQ로 코팅하여, 전자빔 가속전압 10 KeV의 조건으로 10만배 까지 확대하여 분석하였다.
V X' pert MPD (Phillips) 의 기종을 사용하여 40kV와 25 mA의 조건하에서 X선 회절 분석을 실시하였다. 시료는 (hkl) 회절선을 효과적으로 관찰하고 힌클리 지수를 이용한 결정도를 확인하기 위해 부정방위시료로 제작하여 분석하였다. 그리고 합성 캐올리나이트의 비표면적은 Brunauer et .
합성 캐올리나이트의 적층부정 및 저면반사의 강도 비율을 평가하기 위해 힌클리 결정지수(Hinkley's crystallinity indexes, Hinkley 1963) 를 pH 2와 pH 6에서 합성된 반응물들에 대하여 각각 계산하였다. 힌클리 지수는 반정량적인 값으로 캐올리나이트의 모든 결정결함에 대하여 민감하지만, 실질적으로 하나의 결함도 보다는 다른 여러 종류의 결함의 수와 관련이 있으며, 힌클리 지수에 따라 낮은 결함(HI>0.
합성 캐올리나이트의 표면 및 결정 내에 함유되어있는 물의 종류 및 상전이에 대한 정보를 비교 분석하기위해 DTA 및 TGA 열분석을 실시하였으며, 결과를 Fig. 3과 Fig. 4에 제시하였다. DTA 분석 결과, pH 2에서 합성된 캐올리나이트는 탈수산화 반응에 의한 흡열피크가 529에서 관찰되었으며, 스피넬 상으로의 상전이에 따른 발열피크는 990℃에서 관찰되었다 (Fig.
합성된 결과물은 흑연 모노크로메이터가 장착된 Analytical X-ray B.V X' pert MPD (Phillips) 의 기종을 사용하여 40kV와 25 mA의 조건하에서 X선 회절 분석을 실시하였다. 시료는 (hkl) 회절선을 효과적으로 관찰하고 힌클리 지수를 이용한 결정도를 확인하기 위해 부정방위시료로 제작하여 분석하였다.
실리카 겔 (Merck, Germany)과 비정질 A1(OH)3 . xH2O (Aldrich, 50-55% AI2O3)가 출발물질로서 사용되었으며 pH 조절을 위해 HC1 과 K0H(東洋化學, extra pure)가 사용되었다.
이론/모형
그리고 합성 캐올리나이트의 비표면적은 Brunauer et .(1938) 의 질소가스 (gas) 흡착법 (BET method)으로 측정하였다.
합성 캐올리나이트에 대하여 BET 법에 의한 비 표면적을 측정하였다. 측정 결과 pH 2에서 합성된 캐올리나이트는 58 m2/g이었으며, pH 6과 pH 9에서 합성된 반응물은 각각 115m2/g와 170 m2/g이었다.
합성물의 화학적 결합 및 구조 등을 조사하기 위해 적외선 흡광분광기(FT-IR, NICOLET 380, Thermo Electron Corporation)를 사용하여 'KBr tablet'법에따라 분석하였다. 이때 KBr tablete KBr과 시료를 150:1로 평량하여 아게이트 몰탈에서 충분히 혼합 시킨 후, lOkg/cm의 압력 하에서 성형, 제조하였다.
합성상의 형태분석을 위해 FE-SEM(S4700, Hitachi) 을 사용하였다. 분석시료는 카본테이프에 붙여서 60℃ 에서 10분 정도 건조한 후, 메쉬(mesh)위에 올렸으며, 약 10nm의 두께로 오스뮴(OsmiumQ로 코팅하여, 전자빔 가속전압 10 KeV의 조건으로 10만배 까지 확대하여 분석하였다.
성능/효과
4에 제시하였다. DTA 분석 결과, pH 2에서 합성된 캐올리나이트는 탈수산화 반응에 의한 흡열피크가 529에서 관찰되었으며, 스피넬 상으로의 상전이에 따른 발열피크는 990℃에서 관찰되었다 (Fig. 3b). 반응용액의 pH의 증가에 따라 흡열피크의강도는 증가하고 흡열 반응온도는 점차 감소되었다.
FT-IR 분석 결과, 질서도를 구분할 수 있는 3653cm과 367부근의 피크가 잘 분리되어 관찰되었으며, 915cm와 940cm1 부근에서 A1-OH 격자 내부와 표면의 (OH) 진동과 관계된 전형적인 캐올리나이트의 피크가 관찰되었다. 반응용액의 pH 증가는 피크의 강도 및 분리정도를 감소시킴으로서 캐올리나이트가 형성될 때 pH의 영향력이 큼을 나타내었다.
pH 6에서 합성된 캐올리나이트는 350-50 m 의 크기를 갖는 불규칙한 형태의 판상의 캐올리나이트가 관찰되었으며, pH값이 증가할수록 (pH 9) 50 m 이하의 크기를 갖는 캐올리나이트가 다량 관찰되었다.
피크가 관찰되었다. 반응용액의 pH 증가는 피크의 강도 및 분리정도를 감소시킴으로서 캐올리나이트가 형성될 때 pH의 영향력이 큼을 나타내었다. 열분석 결과, 합성 캐올리나이트는 529와 990℃ 에서, 자연산 캐올리나이트는 542℃와 998℃에서 흡열및 발열피크가 각각 관찰됨으로서 거의 유사한 결과가 관찰되었다.
3b). 반응용액의 pH의 증가에 따라 흡열피크의강도는 증가하고 흡열 반응온도는 점차 감소되었다. 또한 탈수산화 반응에 의한 흡열피크가 비대칭 형태로 관찰되었는데 이는 합성된 캐올리나이트의 결함도와 결정크기의 다양성 때문이다(Fialips et al.
본 연구의 합성 캐올리나이트는 3696cm1, 3670cm1, 3653cm및 3620cm4에서 특징적인 수산기의 신축진동으로부터 기인한 밴드(hydroxyl band)가 잘 분해되어 관찰되었다. 캐올리나이트의 질서도를 구분할 수 있는 3653cm와 3670cm의 작은 두 개의 피크가 하나의 넓은 피크로 변위되지 않고 나타났으므로 캐올리나이트의 질서도는 비교적 우수한 것으로 판단된다(Fig.
열분석 결과, 합성 캐올리나이트는 529와 990℃ 에서, 자연산 캐올리나이트는 542℃와 998℃에서 흡열및 발열피크가 각각 관찰됨으로서 거의 유사한 결과가 관찰되었다. 열 중량 분석결과, 합성 캐올리나이트는 15.3%, 그리고 자연산 캐올리나이트는 13.6%의 총 중량손실이 관찰되었는데 저온영역에서 미 반응 물질에 의한 중량손실 2.1%를 제외하면 탈수산화 반응에 의한 중량손실은 자연산 캐올리나이트와 거의 유사한 결과다. 반응용액의 pH가 증가할수록 저온영역에서의 중량손실은 증가하였다.
반응용액의 pH 증가는 피크의 강도 및 분리정도를 감소시킴으로서 캐올리나이트가 형성될 때 pH의 영향력이 큼을 나타내었다. 열분석 결과, 합성 캐올리나이트는 529와 990℃ 에서, 자연산 캐올리나이트는 542℃와 998℃에서 흡열및 발열피크가 각각 관찰됨으로서 거의 유사한 결과가 관찰되었다. 열 중량 분석결과, 합성 캐올리나이트는 15.
열중량 분석결과 합성 캐올리나이트는 저온 영역에서 미반응물질의 탈수작용에 의한 중량손실이 반응용액의 pH 증가에 따라 2.1, 2.4, 2.5%로 각각 증가하였으며, 탈수산화작용(dehydroxylation)에 의한 중량손실은 552, 542, 525℃에서 각각 13.9, 12.4, 11%로 감소하였다 (Fig. 4b, c, d). 자연산 캐올리나이트의 경우 전체 중량손실이 13.
측정하였다. 측정 결과 pH 2에서 합성된 캐올리나이트는 58 m2/g이었으며, pH 6과 pH 9에서 합성된 반응물은 각각 115m2/g와 170 m2/g이었다. 합성된 캐올리나이트의 비표면적이 pH의 증가에 따라 증가하는 이유는 합성 캐올리나이트의 결정도가 감소할 뿐 아니라 보에마이트와 반응하지 않고 남아 있는 비정질 상 때문인 것으로 판단된다.
, 1988). 측정결과, 힌클리 지수는 pH에 관계없이 0.53이었으므로 본 연구에서는 pH의 변화가 힌클리 지수에 영향력을 크게 미치지 않는 것으로 판단된다. Filaips et (2000)은 물유리, 질산알루미늄([A1(NC)3) 3 , 9H2O]), 수산화나트륨(sodium nitrate) 을 사용하여 24UC에서 pH를 0.
캐올리나이트 합성용액의 알카리도가 높아질수록 흡수 피크의 강도 및 분해도가 감소하였다. 3440cm 부근에서의 강하고 넓은 밴드는 충간에 흡착된 수소 결합수 OH2-OH2에 대한 0H 신축진동으로 알카리도가증가할수록 강한 피크가 관찰되었다(Fig.
관찰되었다. 캐올리나이트의 질서도를 구분할 수 있는 3653cm와 3670cm의 작은 두 개의 피크가 하나의 넓은 피크로 변위되지 않고 나타났으므로 캐올리나이트의 질서도는 비교적 우수한 것으로 판단된다(Fig. 2b). 합성 캐올리나이트는 915와 940cm」에서, 자연산 캐올리나이트는 918과 941cm-il에서 A1-OH 격자 내부와 표면의 (OH)진동과 관계된 특징적인 흡수띠가 관찰되어 Vempati et (19%)의 결과와 거의 일치하고 있다(Fig.
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