Physico-Chemical Properties of Synthetic Hydrotalcites in Relation to Composition

Abstract

Hydrotalcite solid solutions were prepared by coprecipitation followed by hydrothermal treatment between 150° and 250°C. Based on the structural formula [Mg_1−xAl_x(OH)₂]^x+[(CO₃)_x/2 • mH₂O]^x−, pure solid solutions were formed in the range A1/(A1 + Mg) = 0.2 to 0.33, where m = (1 − 3x/2). Maximum crystallite size was achieved by hydrothermal treatment between 180° and 200°C, with x = 0.337 to 0.429. Crystal strain was also minimized at these values of x. The adsorption capacity for Naphthol Yellow S increased as x increased and reached a maximum (1.56 × 10⁻⁶ moles/m²) when x = 0.287, a value eight times larger than that of Mg(OH)₂. A weak endothermic DTA peak at about 350°C is probably due to the loss of structural water in the main layer of the structure. On calcination between 400° and 700°C, only periclase was detected, probably containing Al in solid solution. Hydration of the calcined product resulted in the reconstruction of the original hydrotalcite structure.

Резюме

Твердые растворы гидроталькита приготавлялись соосаждением с последующей гидротермальной обработкой при температурах между 150° и 250°С. Чистые твердые растворы, основанные на структурной формуле [М81_хА1х(ОН)2]х+[(СO3)х/2·mН2O]x−, образовывались в диапазоне Аl/(Аl + Mg) = 0,2 до 0,33, где т = (1 − Зх/2). Максимальный размер кристаллита был достигнут гидротермальной обработкой при температуре между 180° и 200°С, с х = 0,337 до 0,429. Кристаллическая напряженность также была минимальной при этих значениях х. Адсорбционная способность для Нафтола желтого 8 увеличивалась с увеличением х и достигала максимума (1,56 х 10−6 мол/м2) при х = 0,287, что в восемь раз выше значения для Mg(ОН)2. Слабый эндотермический ДТА пик при температуре 350°С возможно обусловлен потерей структурной воды в главном слое структуры. При кальцинировании между 400° и 700°С был обнаружен только периклаз, возможно содержащий А1 в твердом растворе. Гидротация кальцинированного продукта приводит к восстановлению первоначальной гидроталькитной структуры. [N. R.]

Resümee

Hydrotalkit-Mischkristalle wurden durch Fällung und anschließende hydrothermale Behandlung bei Temperaturen zwischen 150° und 250°C erzeugt. Gemäß der Strukturformel [Mg_1−xAl_x(OH)₂]^x+[(CO₃)_x/2 • mH₂O]^x− werden reine Mischkristalle im Bereich A1/(Al + Mg) = 0,2 bis 0,33 gebildet, wobei m = (1 − 3x/2) ist. Die maximale Kristallitgröße wurde durch eine hydrothermale Behandlung zwischen 180° und 200°C erreicht mit x-Werten von 0,337 bis 0,429. Die Kristalldeformation war bei diesen x-Werten minimal. Das Adsorptionsvermögen für Naphthol Gelb S nahm mit zunehmendem x zu und erreichte bei x = 0,287 ein Maximum von 1,56 × 10⁻⁶ Mol/m². Dieser Wert ist achtmal höher als der von Mg(OH)₂. Ein schwacher endothermer DTA Peak bei ungefähr 350°C ist wahrscheinlich auf den Verlust von Kristallwasser zurückzuführen, das sich in den Hauptschichten der Struktur befindet. Bei der Kalzinierung zwischen 400° und 700°C wurde nur Periklas gefunden, der wahrscheinlich Al in fester lösung enthält. Die Hydratisierung des kalzinierten Produktes führte wieder zu der ursprünglichen Hy-drotalkitstruktur. [U. W.]

Résumé

Des solutions solides d’hydrotalcite ont été préparées par coprécipitation suivie d’un traitement hydrothermique entre 150° et 250°C. En se basant sur la formule de structure [Mg₁__xAl_x(OH)₂]^x+[(CO₃)_x/2 • mH₂O]^x−, des solutions solides pures ont été formées sur l’étendue Al/(Al + Mg) = 0,2 à 0,33, ou m = (1 −3x/2). La taille maximum de cristallite a été atteinte par traitement hydrothermique entre 180° et 200°C, avec x = 0,337 à 0,429. L’effort cristallin était aussi minimisé pour ces valeurs de x. La capacité d’adsorption pour le Naphthol Yellow S a augmenté proportionellement à la croissance de x et a atteint un maximum (1,56 × 10⁻⁶ moles/m²) quand x = 0,287, une valeur huit fois plus grande que celle de Mg(OH)₂. Un faible sommet endothermique DTA à approximativement 350°C est probablement dû à la perte d’eau structurale dans la couche principale de la structure. Lors de la calcination entre 400° et 700°C, on n’a détecté que du périclase, contenant sans doute du Al en solution solide. L’hydratation du produit calciné a donné lieu à la reconstruction de la structure d’hydrotalcite d’origine. [D. J.]