Effect of Pressure on the Sorption of Yb by Montmorillonite

Abstract

X-ray diffraction, infrared, and cation-exchange capacity measurements of the reaction products of montmorillonites with YbCl₃.6H₂O show that at 1 atm irreversible sorption of Yb³⁺ increases with increasing temperature in the range 20° to 280°C, whereas at 110 atm it decreases with increasing temperature. Above 100°C, less irreversible sorption occurs at 110 atm than at 1 atm. The decreased sorption at high pressure is attributed to reduced cation hydrolytic fixation and to rapid expulsion of interlayer Yb³⁺ by interlayer water at higher temperatures, with a concomitant decrease in Yb³⁺ migration to octahedral sites. At 110 atm, 160° and 200°C treatments cause changes in infrared absorption bands (884 cm^-1, 848 cm^-1) suggesting that sorbed Yb³⁺ is charge compensated by the deprotonation of Fe³⁺- and Mg²⁺-hydroxyl groups. At 290°C deprotonation is restricted to Fe³⁺-hydroxyl groups.

Резюме

Измерения продуктов реакции монтмориллонита с YbCl3.6Н2O путем рентгеновской порошковой диффракции, инфракрасной спектроскопии и катионо-обменной способности указывают, что при давлении 1 атм необратимая сорбция Yb3+ увеличивается с ростом температуры в диапазоне от 20° до 280°С, тогда как при ПО атм сорбция уменьшается с ростом температуры. Выше 100°С, при ПО атм сорбция является менее необратимой, чем при 1 атм. Уменьшенная сорбция при большом давлении, вероятно, вызвана уменьшенной гидролитической фиксацией катионов и быстрым изгнанием межслойных Yb3+ межслойной водой при повышенной температуре, сопровождаемым уменьшением миграции Yb3+ в октаедрические места. При ПО атм обработка при температурах 160° и 200°С приводила к изменению полос инфракрасной спектроскопии (884 см-1, 848.СМ-1), указывая на то что сорбировенный Yb3+ уравновешивается по заряду отпротонированием Fе3+- и Мg2+-гидроксиловых групп. При 290°С отпротонирование ограничивается до Fе3+-гидрок-силовых групп. [Е.С.Е

Resümee

Röntgenpulverdiffraktions-, Infrarot-, und Kationenaustauschkapazitäts-Messungen an den Reaktionsprodukten von Montmorillonit mit YbCl₃.6H₂O zeigen, daß bei 1 atm die irreversibel Sorption von Yb³⁺ mit zunehmender Temperatur zunimmt. Über 100°C ist bei 110 atm die Sorption weniger irreversibel als bei 1 atm. Die verringerte Sorption bei höherem Druck wird einer verringerten hydrolytischen Bindung der Kationen zugeschrieben und einer raschen Verdrängung von eingelagertem Yb³⁺ durch Zwischenschichtwasser bei höheren Temperaturen. Dies wird begleitet von einer Verringerung der Besetzung der Oktaederplätze durch Yb³⁺. Bei 110 atm bewirkt ein Erhitzen auf 160° und 200°C eine Veränderung der Infrarotadsorptions-Banden (884 cm^-1, 848 cm^-1), was darauf hindeutet, daß das sorbierte Yb³⁺ ladungsmäßig durch die Deprotonierung von Fe³⁺- und Mg²⁺-Hydroxylgruppen kompensiert wird. Bei 290°C ist die Deprotonierung auf die Fe³⁺-Hydroxylgruppen beschränkt. [U.W.]

Résumé

Des mesures de diffraction de rayons-X, infrarouges, et de capacité d’échange de cations des produits de réaction entre la montmorillonite et YbCl₃.6H₂O montrent qu’à 1 atm la sorption irréversible de Yb³⁺ augmente proportionnellement à une élévation de la température sur l’étendue de 20° à 280°C, alors qu’à 110 atm, elle diminue proportionnellement à une élévation de température. Au delá de 100°C, une sorption moins irréversible se passe à 110 atm qu’à 1 atm. La sorption moindre sous haute pression est attribuée à une fixation hydrolitique de cations réduite et à l'expulsion rapide de Yb³⁺ intercouche par l'eau intercouche à de plus hautes temperatures entraînant une diminution de la migration de Yb³⁺ vers les sites octaédraux. A 110 atm, des traitements à 160° et 200°C causent des changements dans les bandes d'adsorption infrarouges (884 cm^-1, 848 cm^-1) suggérant que la charge de Yb³⁺ sorbé est compensée par la déprotonation des groupes hydroxyles Fe³⁺ et Mg²⁺. A 290°C la déprotonation est restreinte aux groupes hydroxyles Fe³⁺. [D.J.]