埃洛石是一种典型的高岭石族矿物。埃洛石是地球上唯一存在的天然高岭石水合物,按水合程度的不同可分为10埃-埃洛石、7埃-埃洛石和层间距处于它们之间的x埃-埃洛石(x表示()底面间距)。埃洛石的用途与高岭石相似,也是优质陶瓷的原料,在化学工业上可以合成分子筛和作催化剂的载体,在塑料、橡胶和油漆工业中用作填料等。近年来已被广泛用作缓释容器、催化剂载体、有机聚合物填充材料、储氢材料和纳米材料模板等,具有重要的应用价值。
埃洛石的命名
埃洛石(halloysite)最早由Berthier于年命名,是为了纪念比利时科学家Omaliusd’Halloy发现了一种存在于石炭纪石灰石中的矿物材料。在之后相当长一段时间里,很多材料被描述为”halloysite”,Dana曾经列出了16种具有“halloysite”命名的矿物。到二十世纪初,随着X射线衍射仪(X-RayDiffraction,XRD)的诞生,人们才开始了对埃洛石真正意义上的研究。
长期以来,不同研究者对埃洛石进行不同的实验,所以埃洛石也经历了不同的命名阶段。
埃洛石的命名历史
埃-埃洛石结构
10埃-埃洛石
10埃-埃洛石的化学式为Al2O32SiO24H2O或Al2Si2O5(OH)42H2O,可由脱水后产物的XRD衍射结果,以及脱水过程中失重曲线等和高岭石对比得到;其基本结构为高岭石片层夹着一层水分子。在关于10埃-埃洛石的结构细节中,最被广泛接受的是Hendricks和Jeffersons提出的模型(如下图所示):高岭石片层间的水分子连接成六边形网状结构,其氧原子位于同一平面上。由于结构稳定性需要和水分子几何外形的影响,四分之一的氢原子没有和其它水分子作用,而是和相邻的层间四面体氧形成氢键;在另一侧,层间羟基氢中有三分之一和水分子氧形成氢键,其余的羟基氢和周围的层间羟基氧形成与三水铝石结构类似的氢键。他们认为高岭石片层离子性更强,因而层间结合力要比其和水分子间的要大,所以埃洛石一旦脱水便不可恢复。
10埃-埃洛石以及层间水分子的结构示意图
7埃-埃洛石
7埃-埃洛石是10埃-埃洛石脱水后的产物,结构类似于高岭石,但由于保留了10埃-埃洛石层间堆垛的紊乱,有序度甚至低于b轴无序高岭石,但有少量较为规则的晶粒表现出双层三斜或单斜的晶胞特性。
其它底面间距埃洛石
10埃-埃洛石在脱水时,根据脱水条件的不同(湿度、温度、压强、时间等),会产生出不同的衍射底面间距,如1.0nm(0.99nm),0.95nm,0.86nm,0.79nm,0.75nm(0.74nm)和0.73nm(0.72nm)等。除1.0nm和0.72nm外,其它底面间距的埃洛石是单相还是混层或者是混合物,是人们