Charakterizace a chemická modifikace halloysitů

• Název práce v češtině: Charakterizace a chemická modifikace halloysitů
• Název v anglickém jazyce: Characterisation and chemical modification of halloysites
• Klíčová slova: Halloysit 7 a 10 ?, tubulární struktura, dehydratace, AgTU, XRD, FT-IR
• Klíčová slova anglicky: Halloysite 7 and 10 ?, tubular structure, dehydration, AgTU, XRD, FT-I
• Akademický rok vypsání: 2009/2010
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Ústav geochemie, mineralogie a nerostných zdrojů (31-430)
• Vedoucí / školitel: RNDr. David Hradil, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno vedoucím/školitelem, čeká na schválení garantem
• Datum přihlášení: 29.01.2010
• Datum zadání: 29.01.2010
• Datum odevzdání elektronické podoby: 28.04.2010
• Datum proběhlé obhajoby: 09.06.2010
• Oponenti: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.

Předběžná náplň práce

Vznik halloysitů je spojen se zvětráváním magmatických hornin nebo s hydrotermální alterací vulkanických hornin často na kontaktu v vápenci. Halloysit patří do skupiny kaolinitu, od kterého se liší obsahem vody v mezivrství. Vyskytuje se ve dvou základních formách, hydratované 10 ? a dehydratované 7 ?. Obecně platí, že hydratovaný halloysit vzniká ve větších hloubkách než halloysit dehydratovaný. Získané vzorky halloysitů ze světových ložisek byly charakterizovány pomocí rtg práškové difrakce, infračervené spektroskopie, chemické analýzy a vysokorozlišovací transmisní elektronové mikroskopie. Z analýz vyplývá, že hydratované halloysity jsou mineralogicky čistší než halloysity dehydratované. Typickými příměsemi ve vzorcích jsou kaolinit, křemen, cristobalit, alunit, gibbsit, v jednom případě i draselná slída. U všech vzorků byla také stanovena kationtová výměnná kapacita (CEC), která byla provedena metodou interakce vzorku s komplexem Ag-thiomočovina (AgTU). Koncentrace stříbra v roztoku před a po interakci byly stanoveny pomocí atomové absorpční spektrometrie (AAS). Hodnoty CEC závisejí výrazně na poměru pevné a kapalné fáze při reakci. Pro halloysity je proto třeba pracovat s poměrem P:K alespoň 1:20. Pro účely experimentů s porfyrinem byly nakonec vybrány dva čisté hydratované halloysity s nejvyšší CEC, které se liší pouze šířkou tabulárních částic (trubiček). Bylo zjištěno, že porfyrin sice nevstupuje do mezivrství halloysitu, ale průkazně, na základě výsledků difúzně reflexní a fluorescenční emisní spektroskopie, se váže na jeho vnějším povrchu (není přitom rozlišeno, zda se jedná o vnitřní nebo vnější stranu halloysitové trubičky) Halloysit tak může být vhodným nosičem porfyrinu, neboť po interakci se slunečním zářením jeho fotoaktivní molekuly produkují singletový kyslík, který rozkládá jiné organické sloučeniny.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Twelve halloysites from different sources in Slovakia, Turkey, China, New Zealand and U.S.A. have been characterized by combination of analytical methods together with the commercial sample of halloysite supplied by Sigma-Aldrich. The aim of this work was to select suitable candidates for to be used as carriers of porphyrine photoactive molecules. In nature, the formation of halloysite is related to the weathering of magmatic rocks or to the hydrothermal alteration of volcanic rocks, frequently in the contact with limestones.
Halloysite belong to the kaolinite group, but, contrarily to kaolinite, it contains molecules of water in the interlayer space. It occurs in two forms: hydrated halloysite (10 ?) and dehydrated halloysite (7 ?). The hydrated form (10 ?) is very sensitive to temperature/humidity variations and it transforms easily to its dehydrated form (7 ?). This process is irreversible.
Collected samples were analysed by powder X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FT-IR), and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Chemical composition and cationic exchange capacity was also determined.
As results from these analyses, dehydrated halloysites contain more admixtures than hydrated ones ? typically kaolinite, quartz, cristobalite, alunite, gibbsite and in one case also potassium mica.
In samples containing both dehydrated halloysite and kaolinite their 001 diffractions overlap. Interaction with formamide was used in these cases to increase the interlayer space of halloysite and thus shift its basal diffraction to lower angles. The basal 001 diffraction of kaolinite after this treatment remains on 7 ?.
Silver thiourea method (AgTU) was used to measure the cationic exchange capacity (CEC).
Silver cations concentrations of in the solution before and after the interaction were determined by atomic absorption spectrometry (AAS). The CEC values depend significantly on the solid/liquid reaction ratio. In case of halloysite this ratio should be at least 1:20.
Two pure hydrated halloysites with the highest CEC values were finally selected to be reacted with porphyrine. The only difference between these two samples was the different width of individual halloysite tubules. It was found that porphyrine not intercalate the interlayer space, but is adsorbed on the outer surface of halloysite ? probably in both exterior and interior of tubules. The interaction changed the color of clay sample to green. The changes were also clearly visible on diffuse absorption and fluorescence emission spectra. The Soret band of porphyrine at 420 nm was shifted after the interaction with halloysite particles 470 nm. These results show that halloysites can be used of carriers of porphyrine molecules.