1 / 41

KCH/NANTM

KCH/NANTM. Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů. Obsah. Jílové minerály a jejich nanostruktura Nanokompozity založené na jílových minerálech – základní dělení. Jílové minerály. Jílové minerály. Přírodní materiály Některé rozměry v nanoměřítku Zpracování přírodních NM

irisa
Download Presentation

KCH/NANTM

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. KCH/NANTM Přednáška 8 Nanomateriály na bázi jílů

  2. Obsah • Jílové minerály a jejich nanostruktura • Nanokompozity založené na jílových minerálech – základní dělení

  3. Jílové minerály

  4. Jílové minerály • Přírodní materiály • Některé rozměry v nanoměřítku • Zpracování přírodních NM • Primárně pro komerční účely • Plniva pro polymery, plasty, kompozity • Nanočástice pro kosmetiku

  5. Jílové minerály • Nejčastější přírodní materiál – minerály v půdách • Živce (60 %) • Pyroxen a amfibol (17 %) • Křemen (12 %) • Slída (4 %) • Tzv. primární minerály • Minerální podíl pevné fáze půdy • Polydisperzní systém • Disperze (nad 1 mikron) • Koloidní disperze (1 µm – 1 nm) • Molekulární disperze (pod 1 nm)

  6. Jílové minerály • Druhotné minerály • Vznik zvětráváním primárních minerálů • Ve svrchní vrstvě půdy • Změna chemického a mineralogického složení • Podstatná složka sedimentů a půd • Jíly, jílovce, jílové břidlice • Jíl • Materiál s obsahem jílových minerálů • Materiál s částicemi < 2 µm • Časté směsi dvou a více jílových minerálů

  7. Jílové minerály • Minerál • Anorganická přírodnina • Specifické chemické složení • Charakteristická atomární stavba • Nejčastěji krystalická • Jako nerost • Prvek nebo sloučenina, která je za normálních podmínek krystalická a vznikla jako produkt geologických procesů

  8. Jílové minerály • Jílový minerál • Součást jílů • Dávají jílům charakteristické technologické vlastnosti • Plasticita • Sorpční vlastnosti • Silikáty s vrstevnatou strukturou • Oxidy a hydroxidy železa, hliníku, manganu • Oxid křemičitý • Uhličitany • Zeolity

  9. Jílové minerály Jílové minerály • Extrémně jemnozrné fylosilikáty (aluminosilikáty s vrstevnatou strukturou) • Částice pod 2 µm

  10. Jílové minerály Vlastnosti • Schopnost sorpce a iontové výměny • Přerušené nenasycené vazby na povrchu (hrany částic) – Adsorpce • Elektrostaticky – vnitřní povrch částic – mezivrstevní postory (absorpce) • Smektitové a vermikulitové struktury

  11. Jílové minerály Vlastnosti • Schopnost vázat vodu • Volná voda • Hydratační obaly vyměnitelných kationtů • Bobtnání • Chování při zahřívání • Dehydratace • Dehydroxylace • Destrukce struktury (500 – 800°C) • Novotvořené fáze (nad 900°C)

  12. Jílové minerály Vlastnosti • Reakce s organickými látkami • Smektity, vermikulity • Organo-jílové komplexy • Čištění a odbarvování olejů, krakování uhlovodíků

  13. Jílové minerály Využití jílových minerálů • Průmysl – keramický, stavební, slévárenství, papírenský, farmaceutický, kosmetický, potravinářství • Využití – molekulová síta, sorbenty, filtry, katalyzátory, plniva, suspenze, izolace • Unikátní vlastnosti • Hojný výskyt => nízká cena

  14. Jílové minerály Silikáty – struktura • Křemičitany • Si, Al, O, H • Ca, Mg, Fe, K, Zn ad. • Tetraedry

  15. Jílové minerály Silikáty – dělení • Podle struktury • Nesosilikáty • Sorosilikáty • Cyklosilikáty • Inosilikáty • Fylosilikáty • Tektosilikáty

  16. Fylosilikáty • Phillos – list • Vrstevnatá struktura • Sítě • Tetraedrické • Oktaedrické

  17. Fylosilikáty • Tetraedrická síť • Centrální atom - Si • Izomorfní substituce • Al, Mg, Fe • Sdílení vrcholů • Apikální atom O • [Si2O5]2-

  18. Fylosilikáty • Oktaedrická síť • Sdílení vrcholů a poloviny hran • Centrální pozice obsazovány • Stejnými kationty • Různými kationty • Volné • Dělení do skupin • Trioktaedrické – všechny pozice obsazené • Dioktaedrické – 1 vakance • Monooktaedrické – 2 vakance • Anionty • O, OH, F, Cl

  19. Fylosilikáty Struktura • 2 základní jednotky • Vrstvy • Tvořené sítěmi • Různé kombinace • Spojení sítí • 2 tetraedrické • Tetraedrická a oktaedrická • Mezivrství

  20. Fylosilikáty - struktura • 2 základní typy vrstev • 1:1 – tetraedrická + oktaedrická • 2:1 – tetraedrická + oktaedrická + tetraedrická • Spojení pomocí apikálních kyslíků tetraedrické vrstvy náhradou 2 ze 3 OH- skupin oktaedrické sítě • Zvláštní postavení – chlority – 2:1:1

  21. Fylosilikáty - struktura • Identifikace podle strukturních a krystalochemických vlastností • Typ vrstev • Obsah mezivrství • Náboj vrstvy • Chemické složení • Mezivrstevní prostor • Kationty kovů • Voda

  22. Fylosilikáty - náboj • Vrstevný náboj (permanentní) • Izomorfní substituce • Elektroneutralita • Trioktaedrické – jen Mg2+ • Dioktaedrické – jen Al3+ nebo Fe3+ • Náhrada kationty s nižším nábojem • Variabilní náboj • Poruchy ve vazbách na hranách krystalů • Méně než 1% celkového náboje • Náboj kompenzuje mezivrství

  23. Fylosilikáty - dělení

  24. Fylosilikáty - kaolinit • Bílý nebo světle zbarvený (nažloutlý, hnědý, červený, modrý) • Dokonalá štěpnost • Zvětrávání nebo hydrotermální alterace živců a dalších aluminosilikátů v kyselém prostředí • 1:1 • Jedna dioktaedrická a jedna tetraedrická síť • Typické krystaly • 0,5 – 1 µm disky • 100 nm tloušťka

  25. Fylosilikáty - kaolinit • Hydrofilní • Při styku s vodou částice agragují • Vrstvy drženy pohromadě vodíkovými vazbami • Tloušťka vrstvy: 0,7 nm • Triklinická základní buňka • Kaolin • Majoritní podíl kaolinitu • Slídy, vermikulity, smektity

  26. Fylosilikáty - kaolinit • Samostatná ložiska (kaolin) • Běžná složka jílů, jílovců, hlín a půd • Ložiska: • Karlovarsko • Okolí Plzně • Průmyslové využití • V závislosti na čistotě a vlastnostech • Plavení • Výroba porcelánu, šamotu a další keramiky; výroba cementu; plnivo do papíru, plastů, pryží, barev, lepidel; farmacie, kosmetika, chemický průmysl

  27. Fylosilikáty - Halloysit • Výskyt v menší míře • Jemné segmenty s vysokým leskem • Vysoká čistota, nízký obsah Fe a Ti • 1:1 • Vysoce neuspořádaný materiál • Mezivrství – voda – vodíkové můstky • Ležáky u Mostu

  28. Fylosilikáty - Halloysit • Halloysit nanotrubičky • Podobné uhlíkatým nanotrubičkám • Vznik i v přírodních podmínkách • Extrakce a separace patentově chráněna

  29. Fylosilikáty - Montmorillonit • Smektity • 2:1 fylosilikáty • Bílý, narůžovělý, nažloutlý, nazelenalý nebo nahnědlý • Výskyt • Jemnozrné agregáty • Kusový materiál • Zrnitý materiál • Drobivý materiál • Kusový MMT • Bobtnání • Matný lesk

  30. Fylosilikáty - Montmorillonit • Běžná složka jílovitých hornin a půd • Bentonit • Mezivrství • Vyměnitelné hydratované kationy (Ca, Mg, Na, K) • Izomorfní substituce • Téměř výhradně oktaedrické pozice

  31. Fylosilikáty - Montmorillonit • Vznik • Zvětráváním čedičových tufů a sopečných popelů a skel • Zvětráváním serpentinů • Hydrotermální přeměna hornin • Využití • Výplach vrtů • Těsnění vrtů • Keramický průmysl • Ropný, gumárenský průmysl • Kosmetický průmysl • Slévárenství • Čištění olejů, tuků, pitné vody, odpadních vod, plynů • Plnivo při výrobě barev, tužek, mazadel

  32. Fylosilikáty - Vermikulit • Vermiculare – červík • Charakteristický tvar krystalů po zahřátí • Vzhledově podobný slídě • Šupinkové agregáty hnědobronzové barvy • Výrazný perleťový lesk • 2:1 fylosilikát

  33. Fylosilikáty - Vermikulit • Struktura • Vrstvy 2:1 • Dioktaedrické i trioktaedrické formy • Mezivrství • Hydratované kationy • Vrstvy vody – H-můtsky – snadná dehydratace • Mg2+, Ca2+ a Na+ • Častá výměna za K+ nebo Ba2+ • Přírodní nejčastěji Mg-vermikulit

  34. Fylosilikáty - Vermikulit • Hlavní vlastnosti • Schopnost kationtové výměny • Anorganické kationy • Organické kationy • Termální expanze • Vzdalování šupinek (olupování) • Mnohonásobné zvětšení objemu • Lehké a silně porézní materiály • Průmyslově prudkým zahřátím na 800 – 1000°C • Široké využití

  35. Fylosilikáty - Vermikulit • Využití vermikulitů • Expandované • Zvukově izolační materiál • Tepelně izolační materiál • Protipožární izolace • Střešní krytiny • Omítky • Mazadlo • Protinámrazové materiály • Lehčené betony

  36. Fylosilikáty - Vermikulit • Využití vermikulitů • Expandované • Nízká objemová hmotnost, silná porozita, bobtnavost – sorbenty • Zachovává velmi stabilní pH • Plnivo • Linoleum • Plasty • Barvy • Papír • Asfalt • Gumárenské produkty

  37. Fylosilikáty - Vermikulit • Využití vermikulitů • Expandované • Výroba filtrů • Filtry do potravinářských produktů • Nosič chemikálií • Nosič katalyzátorů • Katalyzátory • Zachovává velmi stabilní pH • Neexpandovaný • Čištění vody (sorpce Pb, Zn, Cd)

  38. Fylosilikáty - Vermikulit • Využití • Zemědělství • Především expandovaný • Podestýlky hospodářských zvířat • Zlepšení sorpční vlastnosti půd • Nosič insekticidů

  39. Nanokompozity založené na JM

  40. Jílové nanokompozity • Interkalace • Anorganickými látkami • Organickými látkami • Pilarizace • Nosiče nanočástic

  41. Pro dnešek vše 

More Related