본 연구에서는 pH 변화에 따른 카올리나이트-휴믹산, 카올리나이트-아메리슘 및 휴믹산-아메리슘 등의 이성분계 흡착반응을 조사하였다. 카올리나이트의 물리화학적 특성을 조사한 후, 휴믹산농도, 이온강도 및 pH 변화에 따른 카올리나이트에 휴믹산의 흡착실험을 하였다. pH 및 HA 농도가 증가함에 따라 KA에 대한 HA의 흡착율이 감소하였으나, 이온강도가 증가함에 따라 HA의 흡착율이 증가하였다. 또한 pH 변화에 따른 카올리나이트와 아메리슘과 흡착반응 및 아메리슘과 휴믹산과의 흡착반응도 연구하였다. 산성 및 중성영역에서는 Am이 HA에 쉽게 흡착되었으나, 염기성 영역에서는 정전기적 반발력으로 HA에 대한 Am 흡착이 감소되었다. 본 연구 결과는 수환경에서 휴믹산에 의한 아메리슘 흡착거동 특성을 이해하는데 활용이 가능하다

카올리나이트 KGa-1b (표준 점토)의 인산염 탈착 특성을 규명하기 위하여 벳치(batch) 흡착-탈착 실험을 실시하였으며, 탈착 과정은 연속추출법에 따라 pH 4에서 시행하였다. 인의 함량은 UV 분광분석기를 시용하여 측정하였으며, 이 때 파장은 820 nm를 이용하였다. 카올리나이트의 인산염 흡착-탈착 반응은 비가역적으로 일어나며, 흡착된 대부분의 인산염은 고착되는 경향을 나타낸다. 인산염 탈착 등온선은 반응 시간이 짧은 경우 프로인드리히 등온선에, 반응 시간이 긴 경우 탬킨 등온선에 더 일치하는 경향을 보인다. 인산염 탈착 반응은 초기의 빠른 반응과, 후기의 느린 반응으로 구분된다. 흡착된 인산염의 농도가 높아질수록 탈착률은 감소하는 경향을 보이며, 탈착 시간이 길어지면 탈착률은 감소하는 경향을 보여준다.

카올리나이트(kaolinite) 분말의 티타니아(Titania, TiO2) 포팅을 위한 출발물질로서 인도네시아산 카올리나이트와 티타늄-아이소프로폭사이드(titanium isopropoxidc, TIP)가 사용되었으며, 실험은 졸-겔법(sol-gel method)으로 수행되었다. 또한 강매로서 에탄올이, 가수분해 반응을 위해 물이 사용되었으며 촉매로서 염산을 첨가하였다. 카올리나이트 분말의 소성여부에 따른 영향을 검토하기 위해 카올리나이트와 메타카올리나이트(metakaolinite)를 대상으로 각각 실험하였으며, 반응 혼합물의 몰비, 교반시간, 숙성시간, 결정화 시간과 온도의 변화에 따른 티타니아 결정도를 검토하였다. 실험조건 TIP 0.1 몰(mol), 물 0.15 몰, 염산 0.005 몰, 에탄을 100 ml, 카올리나이트 50 g, 교반 4시간, 숙성 24시간, 결정화온도 1050℃, 결정화 2시간에서 가장 높은 아나타제 결정도 17.61%를 나타냈다. 결정화온도의 변화에 따른 아나타제 결정도 분석결과, 카올리나이트와 메타카올리나이트 분말에 코팅된 티타니아는 1050℃와 1200℃에서 각각 37.61%, 17.39%로 최고의 결정도가 관찰되었다. 즉, 카올리나이트 분말에 코팅된 티타니아가 메타카올리나이트에 비해 더 낮은 온도에서 더 높은 결정도를 나타냈다.

카올리나이트 KGa-2 (표준 점토)의 인산염 흡착-탈착 특성을 규명하기 위하여 벳치(batch) 흡착 실험을 실시하였으며, 흡착 상태를 알아보기 위하여 ATR-FTIR (Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared) 분광분석을 실시하였다. 인의 함량은 UV-VIS-IR 분광분석 기를 사용하여 측정하였으며, 이 때 파장은 820 nm를 이용하였다. pH 4에서 pH 9 범위 내에서 카올리나이트 KGa-2의 인산염 흡착량은 pH가 증가하면 대체적으로 증가하는 경향을 나타내지만, 인산염 농도에 따라 매우 다른 형태를 보여준다. 카올리나이트 KGa-2의 인산염 흡착 특성은 랑미어 흡착등온선, 템킨 흡착등온선, 프로인드리히 흡착등온선 순으로 잘 부합하며, 랑미어 최대 흡착능은 204.1~256.5 mg/kg, 평균간은 232.5 mg/kg으로서, 카올리나이트 KGa-1b에 비하여 높은 인산염 흡착능을 가진다. 카올리나이트에 흡착된 대부분의 인산염이 탈착되기보다, 광물 내에 고착되는 경향을 나타내지만 이에 대해서는 후속적인 실험이 필요한 것으로 판단된다. ATR~FTIR 스펙트럼에서 카올리나이트에 의한 흡수피크의 위치가 인 피크와 거의 중첩되고, 카올리나이트에 의한 흡수 피크의 강도가 인 피크에 비하여 월등히 크기 때문에 카올리나이트에 흡착된 인에 의한 피크를 카올리나이트 자체에 의한 피크로부터 분리하는 것이 거의 불가능하였다.

카올리나이트 KGa-1b (표준 점토)의 인산염 흡착 특성을 규명하기 위하여 벳치(batch) 흡착 실험을 실시하였다. 인의 함량은 UV 분광분석기를 시용하여 측정하였으며, 이 때 파장은 820 nm를 이용하였다. 반응 시간을 달리하면서 실험한 결과 카올리나이트의 인산염 흡착 반응 중 매우 빠른 반응은 0~12시간 사이에서 발생하며, 12시간 이후에는 천천히 일어나는 반응이 일어나는 것으로 판단된다. 인산염 용액과 반응하는 카올리나이트의 양이 0.25 g에서 0.50 g을 거쳐 1.0 g으로 증가함에 따라 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보인다. 회전하는 교반기를 사용하였을 경우, 회전하지 않는 교반기를 사용할 때에 비하여 흡착률이 약 11~15% 정도 증가하였다. 배경전해질 KCl의 농도가 0.01M~0.1M 사이에서는 농도 변화가 흡착에 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 보아, 인산염은 내부권 복합체로 존재하는 것으로 판단된다. 그러나 농도가 1.0 M로 증가할 때 흡착량이 감소하는데, 이것은 외부권 복합체로도 존재 가능함을 시사하고 있다. pH가 증가하면 대체적으로 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 카올리나이트 KGa-1b를 이용한 인산염 흡착은 랑미어 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.

To study phosphate adsorption on kaolinite, 31 P MAS NMR(magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy)has been used for kaolinite reacted in 0.1 M phosphate solutions at pH’s from 3 to 11. There are at least 3 different forms of phosphate on kaolinite. One is the phosphate physically adsorbed on kaolinite surface (outer-sphere complexes) or species left after vacuum-filtering. The second is the phosphate adsorbed by ligand exchange (inner-sphere complexes), and the third is Al-phosphate precipitates which are pH dependent. Most of the inner-spherer complexes and surface precipitates are mainly on hydroxided Al(aluminol) rather than hydroxided Si(silanol). These are pertinent with the results obtained from the phosphate adsorption experiments on silica gel and γ-Al2O3 as model compounds, respectively. The two peaks with more negative chemical shifts(more shielded) than the ortho-phosphate peak (positive chemical shift) are assigned to be the inner-sphere complexes and surface precipitates. The 31 P chemical shifts of the Al-phosphate precipitates are more negative than those of inner-sphere complexes at a given pH due to the larger number of P-O-Al linkages per tetrahedron. The chemical shifts of both the inner-sphere complexes and surface precipitates are more negative than those of inner-sphere complexes at a given pH due to the larger number of P-O-Al linkages per tetrahedron. The chemical shifts of both the inner-sphere complexes and surface precipitates become progressively less shielded with increasing pH. For the inner-sphere complexes, decreasing phosphate protonation combined with peak averaging by rapid proton exchange among phosphate tetrahedra with different numbers of protons is though to be the reason for the peak change. The decreasing shielding with increasing pH for surface precipitates is probably due to the decreasing average number of P-O-Al linkages per tetrahedron combined with decreasing protonation like inner-sphere complexes.

The dehydroxylation of kaolinite was investigated in detail by means of energy-filtering transmission electron microscope with both orientations parallel and perpendicular to c. The dehydroxylation could be characterized by the broad background including (0.211) band (20~24˚ 2θ) on X-ray diffraction and by the three halo rings (d-spacing : 3.28~4.40a (near (02,11) band), 2.41~245a (near (20,13) band), 1.16~1.23a (near (0.8,44) band)), and (02,11) and (20,13) spots on electron diffraction. These indicate existence of a short-range order along the a and b axes. Interplanar spacing of (001) is reduced to about 6.86a and the sharp additional intensity maximum of about 14.2a reveals that metakaolinite has a modulated structure along c axis. It is proposed that the modulated structure is attributed to the domains consisting of more than two-layers due to the changes of positions of the vacant octahedral sites in successive layers.

The transformation sequence of kaolinite to mullite is examined with new electron diffraction data obtained mainly by an energy filtering transmission electron microscope. Kaolinite is transformed finally into mullite and cristobalite through several steps of continuous reactions by heating, which result in metakaolinite, microcrystalline spinel-type phase and amorphous silica. Metakaolinite maintains a short-range order in its structure ven at 920℃. Spinel phase results from a topotactictransformation of metakaolinite apart from the breakdown of metakaolinite structure. the first strong exothermic peak on DTA curve is mainly due to the extraction of amorphous silica from metakaolinite and the gradual nucleation of mullite. Metakaolinite decomposes around 940℃ to mullite that doesn't show a clear crystallographic relationship to the parent metakaolinite structure. However, spinel phase produced previously is maintained. The initially formed spinel and mullite phases are suggested to be Al-rich, but progressively gain Si in their structures at higher temperatures. Spinel phase decomposes completely through a second weak exothermic reaction promoting the growth of mullite, and crystallization of amorphous silica to cristobalite.