Clay-Organic Molecule Interactions: Oxidation of Acetaldehyde by Montmorillonite in N₂ Atmosphere at Room Temperature

Abstract

Oxidation of acetaldehyde molecules adsorbed on Na- and Mg-Wyoming montmorillonite at room temperature (20-25°C) and in N₂ atmosphere has been studied by I.R. spectroscopy, A comparison between clay-acetic acid complex and that prepared from acetaldehyde is given. The influence of the nature of the saturating cation as well as the clay pretreatment on this oxidation process are discussed and reaction pathways are proposed. Acetic acid directly adsorbed on the clay surface is almost removed at 110°C, while that produced from the oxidation of the adsorbed acetaldehyde appears to be strongly held. Within a temperature range 180-230°C, the fixed acetic acid molecules dissociate to acetate form; then occurs an interaction of the acetate and the residual acid with the lattice OH of the clay at 200–300°C. This interaction involves the loss of the structural OH and deposition of carbon on the clay surfaces. The thermal decomposition of the residual complex is almost completed at 500–600°C

Резюме

Окисление молекул ацетальдегида, адсорбированных Вайомингским Na-и Mg- монтмориллонитом при комнатной температуре (20-25°С) и в N2 атмосфере, изучалось с помощью инфракрасной спектроскопии. Дается сравнение между комплексом глина-уксусная кислота и комплексом, приготовленным из ацетальдегида. Обсуждается влияние природы насыщающих катионов и предварительной обработки глины на этот процесс окисления и предлагаются пути проведения реакции. Уксусная кислота, непосредственно абсорбированная на поверхности глины, почти полностью удаляется при 110°С в то время как кислота, полученная при окислении адсорбированного ацетальдегида, по видимому прочно удерживается. В пределах изменения температуры 180-230°С фиксированные молекулы уксусной кислоты диссоциируются в ацетатную форму; затем ацетат и остаточная кислота взаимодействуют с кристаллизационным ОН глины при 200–300°С. Это взаимодействие сопровождается потерей структурного ОН и отложением углерода на поверхности глины. Термальное разложение остаточного комплекса почти полностью завершается при 500–600°С.

Kurzreferat

Oxydation von Acetaldehydmolekülen,an Na-und Mg-Wyoming-Mont-morillonit bei Zimmertemperatur (20-25 °C) und in N2 Atmosphäre adsorbiert, ist mit Infrarotspektroskopie untersucht worden. Ein Vergleich zwischen Ton - Essigsäurekomplex und dem, präpariert von Acetaldehyd, ist gegeben. Der Einfluß der Art des Kations, sowohl wie die Vorbehandlung des Ton, auf den Oxydationsvorgang werden diskutiert und Reaktionsverläufe vorgeschlagen. Fast alle Essigsäure, die direkt an der Tonoberfläche adsorbiert ist, wird bei HO °C entfernt, wohingegen die Essigsäure, die durch Oxydation von adsorbiertem Acetaldehyd produziert ist, anscheinend stark festgehalten wird. Innerhalb einer Temperaturspanne von 180-230°C, zersetzen sich die festgehaltenen Essigsäuremoleküle zu der Acetatform. Dann findet bei 200–300 °C eine Reaktion des Acetates und der restlichen Säure mit dem Gitter-OH des Tones statt. Diese Reaktion umfasst den Verlust des strukturellen OH und die Deposition von Kohlenstoff auf der Tonoberfläche. Die thermische Zersetzung des restlichen Komplexes ist bei 500–600 °C fast vollständig.

Résumé

L'oxidation de molécules d'acétaldéhyde adsorbées sur de la montmorillonite Na et Mg du Wyoming, à température ambiante (20-25°C) et dans une atmosphère N₂ a été étudiée par spectroscopie à l'infra-rouge. Une comparaison est faite entre le complexe d'acide acétique d'argile et celui préparé à partir d'acétaldéhyde. L'influence de la nature du cation saturant et le traitement préparatoire de l'argile pour ce procédé d'oxidation sont discutés et des voies de réaction sont proposées. L'acide acétique adsorbé directement sur la surface de l'argile est presque retiré à 110°C,tandis que celui produit par l'oxidation de l'acétaldéhyde adsorbée semble fortement retenue. Entre les températures de l80-280°C,les molécules fixées d'acide acétique se dissocient en une forme d'acétate; il se passe alors une interaction entre l'acétate et l'acide résiduel d'une part, et le réseau 0H de l'argile à 200–300°C, d'autre part. Cette interaction entraîne la perte d'OH de constitution, et la déposition de carbone sur les surfaces argileuses. La décomposition thermale du complexe résiduel est presque complétée à 500–600°C.