Surface Area of Vermiculite with Nitrogen and Carbon Dioxide as Adsorbates

Abstract

Surface-area studies were made on several homoionic vermiculites with both nitrogen and carbon dioxide as adsorbates. These studies show that only very slight penetration occurs between individual vermiculite platelets. This is in contrast to an earlier investigation of montmorillonite where it was found that the degree of penetration between layers is quite high, particularly for carbon dioxide, and is governed by the size and charge of the interlayer cation. The inability of these adsorbates to penetrate substantially between vermiculite platelets is due primarily to this mineral’s high surface-charge density.

The extent of penetration of nitrogen and carbon dioxide at the edges of vermiculite platelets, though slight, is influenced by the coordinated water retained within the sample at a given degassing temperature. Forces between layers are weakened with increasing water content, which permits slightly greater penetration by adsorbate gases. Thus, the surface area of vermiculite, as determined by gas adsorption, is larger than the calculated external surface area based upon particle size and shape considerations. In addition, “extra” surface is provided by the lifting and scrolling of terminal platelets. These morphological features are shown in scanning electron micrographs of a naturally occuring vermiculite.

Резюме

Проведено определение площади поверхности для нескольких гомоионных вермикулитов с использованием в качестве адсорбатов как азота, так и углекислоты. Показано, что только незначительное количество газа проникает между отдельными пластинками вермикулита. Полученные данные резко отличаются от данных более раннего изучения монтмориллонита; для этого минерала установлено значительное проникновение газа, особенно углекислоты, между слоями и доказано, что оно зависит от величины и заряда межслоевого катиона. Неспособность тех же адсорбатов проникать в существенных количествах между пластинками вермикулита объясняется прежде всего высокой плотностью его поверхностных зарядов.

Степень проникновения азота и углекислоты по краям пластинок вермикулита, хотя и являющаяся незначительной, зависит от количества координационной воды, содержащейся в минерале при заданной температуре дегазации. Силы, действующие между слоями, ослабева ют с возрастанием содержания воды, что делает возможным несколько большее проникно-вение газов—адсорбатов.

Площадь поверхности вермикулита, определенная по адсорбции газов, больше, чем площадь его внешней поверхности, вычисленная по данным о величине и форме частиц. Дополнительная поверхность создается расщеплением краев частиц; об этом говорит изучение природного вермикулита с помощью сканнирующего электронного микроскопа.