Characterisation and Al-pillaring of smectites from Miles, Queensland (Australia)

Abstract

Ten montmorillonite type clay samples from Miles, Queensland, Australia, have been characterised using XRD, ICP-AES and infrared spectroscopy. The Na-exchanged sample DH-30 was used for pillaring with Al 13 by exchange with an Al(NO 3 ) 3 /NaOH solution with an approximate OH/Al molar ratio of 2.2. The XRD pattern for the expanded smectite provided evidence that the Na/Al 13 polymer exchange had occurred. XRD patterns for the raw sample, the Na-exchanged clay and the Al 13 exchanged clay resulted in d-spacings of 15.09, 15.73 and 17.42 Å, respectively. Calcination at 600°C of the Al 13 -smectite led to a minor decrease in basal spacing to approximately 16.5 Å. The effect of temperature on the Al 13 -expanded smectite was also apparent when the d-spacing of an air-dried sample (19.44 Å) was compared to that of an oven-dried (60 o C) sample (17.42 Å). This difference was due to the loss of water molecules from the Al 13 outer sphere of hydration.Keywords: Al 13 , bentonite, infrared spectroscopy, montmorillonite, pillared clay, smectite 2 IntroductionClay minerals such as kaolinites, montmorillonites and saponites are ubiquitous in nature and as such, have been widely investigated. Montmorillonites are hydrous silicates capable of intercalating molecules and ions. Like zeolites, they have ionexchange properties, often with high selectivity, and a wide range of applications including catalysis. In pillared clays very large cations have been intercalated to form "pillars" propping the layers apart. As a result diffusion, sorption and catalytic properties are improved (Kloprogge, 1998). Heating the clays gives stability to the pillared clay by promoting permanent bonding between the pillar and the layers. The resultant materials have small cavities and a large surface area. These properties together with their low cost, make them ideal for use as alternative catalysts to zeolites. They are also commonly employed in the petroleum industry for filtering long-chain hydrocarbons and azeotrope cracking.Barrer and McLeod (1955) did some of the pioneering work on the intercalation of organic compounds into clays. Unfortunately the organic and organometallic pillars that were used decomposed at relatively low temperatures causing the clay interlayers to collapse. Modern pillared clays of this type are used as gelling agents, fillers and thickeners.The oil industry, in subsequent years, instigated a majority of the development of catalysts with research centring on the evolution of materials with relatively large pore-sizes and the ability to deal with larger molecules, as well as good thermal and hydrothermal stability. This led to the development of inorganic polyoxocations as pillaring agents, providing thermally stable clays with a high specific surface area (200 to 500 m 2 g -1 ) which when calcined, produced fixed metal oxide pillars. Brindley and Sempels (1977), Lahav et al. (1978), Vaughan and Lussier (1980) and Vaughan et al. (1979Vaughan et al. ( ,1981a were the first to report on the formation of clay...

N-octane catalytic isomerization with aluminium and aluminiumlanthanum pillared nontronite

“…The NaOCl used as oxidizing agent on the removal of organic compound together with the sodium ion that homogenises the clay. As the reaction is [23,28,29].…”

Aplicação de Zr/Ti-PILC no processo de adsorção de Cu(II), Co(II) e Ni(II) utilizando modelos físico-químicos de adsorção e termodinâmica do processo

“…Neste caso, é mais recomendado o uso de recursos naturais sem tratamento prévio, como solos argilosos ferruginosos ricos em substân-cias húmicas 11 e, também, materiais naturais quimicamente modificados, como exemplos zeólitas naturais impregnadas com materiais magnéticos 12,13 e argilas modificadas por processo de pilarização ou intercalação. Tais materiais se enquadram no grupo de materiais porosos, desenvolvidos pela engenharia de materiais, com ampla aplicação em catálise heterogênea 14 e como adsorventes [15][16][17][18][19][20][21] .…”

“…Vários metais pesados foram testados em meio líquido com adsorventes minerais quimicamente modificados, sendo que os resultados obtidos mostraram que as argilas pilarizadas são bastante eficientes em processos de adsorção [9][10][11][12][13] . Diversos estudos comprovam a eficiência das argilas em processos adsortivos e catalíticos, sendo que as argilas mais comumente empregadas em estudos de adsorção pertencem ao grupo da esmectita, principalmente a montmorilonita [14][15][16][17][18] .…”

“…Neste caso, é mais recomendado o uso de recursos naturais sem tratamento prévio, como solos argilosos ferruginosos ricos em substân-cias húmicas 11 e, também, materiais naturais quimicamente modificados, como exemplos zeólitas naturais impregnadas com materiais magnéticos 12,13 e argilas modificadas por processo de pilarização ou intercalação. Tais materiais se enquadram no grupo de materiais porosos, desenvolvidos pela engenharia de materiais, com ampla aplicação em catálise heterogênea 14 e como adsorventes [15][16][17][18][19][20][21] .Com a evolução das pesquisas em busca de novos materiais que fossem utilizados como adsorventes, surgiram os materiais meso e microporosos, em particular as zeólitas ou peneiras moleculares, que atuam efetivamente com alto poder adsortivo, provocado por suas propriedades texturais. No decorrer do avanço das pesquisas surgiram as argilas pilarizadas com diversos polioxicátions, que produziram resultados satisfatórios em processos de adsorção.…”

“…Vários metais pesados foram testados em meio líquido com adsorventes minerais quimicamente modificados, sendo que os resultados obtidos mostraram que as argilas pilarizadas são bastante eficientes em processos de adsorção 9-13 . Diversos estudos comprovam a eficiência das argilas em processos adsortivos e catalíticos, sendo que as argilas mais comumente empregadas em estudos de adsorção pertencem ao grupo da esmectita, principalmente a montmorilonita [14][15][16][17][18] .Estudos de adsorção de cobre realizados com amostras de esmectitas pilarizadas com pilares mistos de zircônio e titânio mostram um aumento do poder de adsorção em relação à natural, com variação das capacidades de retenção catiônica entre 0,10 e 0,45 mmol g -1 , sendo, portanto, comparável com a capacidade obtida pelas zeólitas [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28] . A acidez de uma série de cátions governa o perfil da isoterma de adsorção, a seqüência de seletividade e a energética de interação adsorvente/adsorbato 11,14,18,19 .…”