凹凸棒土改性的研究进展

凹凸棒土改性的研究进展

摘要：本文介绍了凹凸棒土的特性，国内外对其改性的方法，分析了凹凸棒土的应用前景。

关键词:凹凸棒土，改性，进展

一．前言

凹凸棒石又称坡缕石, 是具有独特层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物[1] , 浅白色, 在矿物学上隶属于海泡石族, 具有较大的比表面积和较强的吸附性能。我国江苏、安徽、山东、辽宁等地发现和探明许多的凹凸棒石矿点, 其中江苏盱眙矿点产量居首位, 储量高达2. 72×108 t, 占全球凹凸棒石总储量的近50 %。凹凸棒土其广泛的应用价值使其在粘土矿物学、材料科学、物理化学、土壤科学、环境工程中受到广泛重视。

美国早在20 世纪40 年代就已经开采应用凹凸棒土[2 ] 。我国对凹凸棒土的研究起步较晚,与发达国家相比还有很大的差距,且资源利用率底,使用范围小,产品开发的多样化、系列化程度差。目前,我国生产的粘土产品主要应用于无机化工、建材工业、农业食用油加工等较低端的领域,初级加工产品和低附加值产品比例较高,造成优质原料往往不能用于生产或无法大量生产高档产品。

我国凹凸棒土储量的绝对数和总资源量完全能满足近期工业生产的需求,与世界各国相比具有较明显的优势[3 ] 。但是天然凹凸棒土杂质含量多,削弱了凹凸棒土原有的性能,使用时有一定的局限性,故改性成为国内外研究的课题。

二．凹凸棒土的改性研究

凹凸棒土原矿石含有大量的杂质,如蒙脱石、伊利石和碳酸盐等,影响着凹凸土的使用性能,需要经过提纯和改性处理才能提高凹凸棒土的使用效果。对凹凸棒土进行改性的目的在于改善粒子在聚合物中的分散性质,或者提高其多种性能。

酸改性是一种方法。凹凸棒土的比表面积会随着酸含量的增加、改性时间的延长而增大。如果酸浓度过大,凹凸棒土中八面体阳离子近乎于完全溶解,四面体结构失去支撑引起结构塌陷,会引起比表面积下降[4 ] 。凹凸棒土改性为了满足不同的生产需求,应考虑实际成本等问题。

王红艳等[4-5 ]分别用硫酸、盐酸和硝酸对凹凸棒土进行改性处理。由于凹凸棒中八面体出现不均匀、不连续溶解以及局部四面体硅的溶蚀等因素,凹凸棒土孔道开放和直径扩大, 比表面积增加, 对重金属离子的吸附能力增加。实验

证明,用4mol/ L 的硫酸、3mol/ L 的盐酸和4mol/ L 的硝酸改性后的凹凸棒土吸附重金属离子的能力最好,水溶液中重金属离子去除率接近100 %。不同无机酸改性的凹凸棒土对不同重金属离子的吸附效果基本相同,均具有较好的吸附能力。

有机改性是另一种方法。凹凸棒土的有机改性一般采用有机表面活性剂作为改性剂,用长碳链有机阳离子取代凹凸棒土间无机阳离子,使层间距扩大;同时凹凸棒土颗粒表面也能吸附部分无机阳离子,晶格内外部分结晶水、吸附水也可能被有机物取代,从而改善疏水性,增强吸附有机物的能力。改性可以用搅拌法[6] 。

超声波法是一种比传统搅拌法更先进的一种方法。它是将超声波发生器发出的高频振荡信号转换成高频机械振荡而传播到介质,并通过液体介质向四周传播。由于超音频纵波传播的正压区和负压区的交替作用,产生成千上万个超过100MPa 的微小气泡并随时爆破,产生―超声空化‖。空化作用更容易实现反应物的均匀混合,消除局部含量不匀,提高反应速度,刺激新相形成[7 ] 。

宋仁峰等[8 ] 采用超声分散的方法得到了凹凸棒土纳米尺度粒子,并对其表面用已烯基三已氧基硅烷进行了改性,将此种改性后的纳米凹凸棒土与聚合物复合,可使聚合物获得其它优异的物理、化学及力学性能。还可以采用异丙醇溶解的钛酸酯偶联剂NDZ —311 对凹凸棒石粘土进行超声湿法表面改性。

其它有机改性方法也被利用。张良等[9]采用饱和氯化钠对凹凸棒土进行离子交换,利用十八烷基三甲基氯化铵对凹凸棒土进行有机改性。结果表明,采用八烷基三甲基氯化铵对凹凸棒土改性是可行的,有机改性剂以物理吸附的形式存在于凹凸棒土表面。

王金明等[29 ]用质量分数为8 %的氢氧化钠溶液改性凹凸棒土,改性后凹凸棒土的面网间距增大,改善了凹凸棒石的吸附能力。

王丽等[11 ]以江苏盱眙凹凸棒土为原料,分别采用煅烧、酸洗、碱洗、氯铵洗和碳铵洗的方法对其进行改性,考察改性后的凹凸棒土分别对钾、钙、镁3种离子的离子交换效果。实验结果表明,改性后的凹凸棒土对钾、钙、镁离子的交换吸附能力增强。

三．结语与展望

我国凹凸棒石粘土矿矿产资源丰富,价格低廉,经过改性后的凹凸棒土性能明显改善,针对不同的应用方面采用不同的改性方法和改性剂可获得不同的应用效果,因此研究和开发凹凸棒土的改性方法和技术具有十分重要的意义。

参考文献：

[ 1 ] Helmy A K, de Bussetti S G, Ferreiro E A. The surface

energy of palygorskite [ J ] . Powder Technology, 2007,171 (2) :126-131 .

[2]詹庚申,郑茂松.美国凹凸棒黏土开发应用浅议[J ] .非金属矿,2005 ,28

(2)∶36.

[3 ]周济元,顾金龙,周茂,等凹凸棒石粘土应用现状及高附加值产品

开发[J ] .非金属矿,2002 ,25 (2)∶ 5 - 7.

[4]王红艳,张艳,周守勇,等.硫酸改性凹凸棒粘土的性能表征及吸附

Pb2 +工艺研究[J ] .淮阴师范学院学报(自然科学版) ,2005 ,4 (1)∶47

-50.

[5 ]王红艳,周守勇,张艳,等.改性凹凸棒石黏土及其吸附Cd2 +

工艺的研究[J ] .淮阴工学院学报,2005 ,14 (1)∶80 - 82.

[6 ]包军杰,余贵芬,蒋新,等.改性凹凸棒石对模拟含酚废水处理机制

的研究[J ] .环境化学,2006 ,25 (1)∶37 - 40.

[7]宋勇,戴友芝. 超声波及其联用技术处理有机污染物的研究进展

[J ] .工业安全与环保,2005 ,31 (7)∶1 - 3.

[8 ]宋仁峰,杨利营,盛京,等.纳米凹凸棒土的表面修饰及表征[J ] .硅

酸盐通报,2003 ,22 (3)∶36 - 38.

[9 ]张良,等.凹凸棒土有机改性的研究[J ] .涂料工业,2007 ,31 (11)∶41- 43.

[10 ]王金明,易发成.改性凹凸棒石表征及其对模拟核素Cs+的吸附研究[J ] .非金属矿,2006 ,29 (2)∶53 – 55