1．实验目的

1）了解夹层化合物的结构特点，掌握层间反应的原理。

2）掌握制备夹层材料的基本操作方法。

2．实验原理

拓扑化学也叫局部化学，是一种重要的软化学处理方法，通过应用这种方法可以转变一个化合物而维持其显著的特征。这种方法要求主体化合物有一些特殊的结构特征以便于拓扑处理。接受性化合物经常包括一些相异键作用，即共价键、离子键、范德华力以及氢键，这些键合作用可以使化合物形成一维、二维或三维结构碎片，而这些结构碎片特别适合拓扑化学处理。图3-l-l给出了一些适合于拓扑化学操作的化合物，如具有一维金属硫属化合物链结构的KFeSe2和T12Mo6Se6；层状化合物，如石墨、LiCoO2、蒙脱石和水滑石；多孔固体，如β-A12O3和八面沸石等。一些密堆积结构的化合物如TiO2和一些简单立方钙钛矿等都可以进行拓扑化学反应。

典型的拓扑化学操作有离子交换、嵌入、脱嵌以及其他拓扑化学技术，包括：①层抽出，即在主体层间物种的抽出；②嫁接，在主体层间形成共价键，经常包括有机分子；③剥离，即主体层的部分或全部的分离或溶解；④层的构建，即主体层间的金属一非金属层的延伸；⑤柱撑，即在主体层间构建柱状特征；⑥取代反应，在主体内的离子取代，尤其是阴离子，经常作为氧化还原反应的一部分。

嫁接或者嵌入是两种重要的拓扑手段，可以将各种有机分子（客体分子）有效地安置在层状化合物（主体分子）的层间空间，从而可以达到赋予主体化合物崭新的性能等。

蒙脱石拥有良好的膨胀性、吸附性和阳离子交换性，且资源丰富、价格低廉，已成为制备聚合物一层状硅酸盐复合材料填充剂的重要来源。国产天然膨润土中，蒙脱石的含量通常只有50％-70%，且多为钙基蒙脱石，其阳离子交换性能和片层剥离效果较差，不能直接应用于制备聚合物－层状硅酸盐复合材料，必须先对其进行钠化、提纯，使其阳离子交换容量超过85meq/100g和蒙脱石含量达到95％以上才能满足要求。此外，蒙脱石层间的水合无机阳离子（Na+和Ca2+）属亲水性，而大多数聚合物属亲油性，二者的相容性较差。利用蒙脱石层间阳离子的可交换性，采用长碳链的有机季铵盐阳离子与蒙脱石层间吸附的水合无机阳离子进行置换，将有机季钱盐阳离子嵌入到蒙脱石层间，层间的长碳链烷基使其具有很好的亲油性，能与聚合物基体形成强相互作用界面，更加有利于其剥离分散在聚合物基体中，得到性能优异的聚合物—蒙脱石复合材料。

3．仪器和药品

(1）仪器

X-射线衍射仪一台；WQ-510红外光谱仪一台；Q600热重分析仪一台；万分之一电子天平一台；250ml烧杯五个；100ml量筒两个；100ml容量瓶两个；实验用分散机一台；高速离心机一台；普通烘箱一台；200目筛子一套；100ml烧瓶一个；广泛pH试纸一包；恒温水浴锅一个；电动搅拌器一台；真空干燥箱一台；玛瑙研钵一套等。

(2）药品

天然膨润土；碳酸钠；l0wt％六偏磷酸钠水溶液（分散剂）；硫酸；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）等，试剂均为分析纯。

4.实验步骤

(1)天然膨润土的钠化、提纯准确称取l0g天然膨润土及0.5g碳酸钠，置于250ml烧杯中，加入100ml蒸馏水以及0.3-1ml的10%（质量百分比）分散剂，制成10％的悬浮液；转入高速分散机中，高速搅拌1h；置于离心机中，高速离心5min，除去底部较粗的沉渣；加水稀释1倍后置于高速分散机中分散30min；离心3min；除去上部细粒及清液，再离心脱水30min；取底部沉淀物，在105℃下干燥4h，研磨过筛(200目筛子），筛下物备用，即制得钠基蒙脱石。

(2）蒙脱石／有机胺夹层材料的制备

在100ml烧瓶中加入钠基蒙脱石（1g)、十六烷基三甲基溴化铵(1-2g)、蒸馏水(10-20g)，并滴加少量稀硫酸调整pH值为3-6，放于60℃恒温水浴中加热搅拌约2h,使其充分交换；将插层后的蒙脱石料浆在常温下离心分离后用蒸馏水洗涤3次以上，至洗出液中检测不到Br-；40℃下减压干燥，105℃烘干30min，磨碎，即制得蒙脱石／有机胺夹层材料。

(3)分析测试

对制得的样品进行X-射线衍射、红外光谱和热重分析测试。

5．数据处理及结果分析

记录XRD、IR和TG数据，并对蒙脱石／有机胺夹层材料的晶体结构、表面有机物含量和组成进行讨论分析。

6．注意事项

1)水质要求高，要用去离子水。

2）严格控制温度。