蒙脱石中Na+、Cu2+和Li+的热迁移行为
蒙脱石(Montmorillonite)是由颗粒极细的含水铝硅酸盐构成的层状矿物，蒙脱石的主要成分是2: 1型的三层结构层状硅铝酸盐，其晶胞构成是两个硅氧四面体和一个铝氧八面体，平均每层的厚度都在1nm，在该八面体片中存在一定比例的二价而不是三价阳离子，并且在四面体片中存在三价阳离子，赋予2:1复合层整体负电荷，水合保持电荷平衡。然而，超过一定程度的饱和度，热处理的蒙脱石会抵抗水和一些其他极性溶剂的再膨胀。长安大学地球科学与资源学院Z.X.W发表在《Minerals》上的最新研究“Thermal Migration Behavior of Na+, Cu2+ and Li+in Montmorillonit”报道了基于蒙脱石阳离子交换性能下的在加热条件下蒙脱石内部Na+, Cu2+ 和 Li+的热迁移运动。蒙脱石吸附的阳离子在不同温度（未加热、100℃、200℃和 300℃）下加热 25 小时，随着加热温度的升高，蒙脱石中可交换的Na+、Cu2+ 和Li+ 的含量降低，并且Li+ 比Na+ 和Cu2+ 更容易被蒙脱石固定。
在200-300℃加热蒙脱石会导致可交换阳离子的固定层间电荷的减少和矿物结构层的不可逆坍塌，这种行为被称Hofmann-Klemen效应。Hofmann-Klemen 效应中矿物中阳离子的最终固定位点已经研究了 70 多年，但没有明确的答案。 针对Hofmann-Klemen 效应有以下三种解释：（1）阳离子迁移到四面体片的六角形空腔中；（2）阳离子通过四面体片材的六边形通道进入八面体片材的空位；（3）两个地点的阳离子迁移。可交换的阳离子在加热过程中会去除表面的结合水，小半径的阳离子可以固定在矿物结构中，从而减少矿物层中的负电荷。Li+是蒙脱石夹层中最常见的元素之一，其离子半径足够小。相关研究表明，Hofmann-Klemen 效应很可能是由层间 Li+ 迁移到晶格结构中引起的。研究Li+在加热蒙脱石中的迁移行为是很常见的。针对其他离子的迁移是否影响，人们也有研究，因此作者选择了三种阳离子（具有争议的固定位点的 Li+、半径与 Li+ 相似的 Cu2+ 和与 Li+ 具有相同化合价的 Na+）来探索层间阳离子在蒙脱石中的热迁移行为。通过实验分析当阳离子被加热到矿物晶体结构中时，可以减少硅铝酸盐层所带的负电荷，减少矿物层的间距，在本实验中可知Li+和Cu2+比Na+更容易进入矿物晶体结构，同时在加热过程中，Li+ 比 Cu2+ 和 Na+ 更容易被蒙脱石固定。研究表明，蒙脱石加热时Na+不能进入四面体的六方空腔，Cu2+，而针对Li+则是通过四面体的六边形空腔通道迁移到蒙脱石八面体结构。
本文主要研究了蒙脱石在不同温度下加热后的阳离子固定位点，通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测了蒙脱土中OH基团和Si-O键的伸缩和弯曲振动变化，振动变化与阳离子固定位点有关。通过研究发现，随着加热温度的升高，蒙脱石中可交换的Na+、Cu2+ 和Li+ 的含量降低，并且Li+ 比Na+ 和Cu2+ 更容易被蒙脱石固定。对于提高蒙脱石内部的阳离子交换以及改性有重要意义。
（AMSC & QYIM P.Y,Zhao 编报）