腐植酸有机改性膨润土及其应用研究

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Keywords (1)

引言 (1)

1膨润土和腐植酸的结构及性能 (2)

1.1膨润土的结构 (2)

1.2腐植酸的结构 (2)

2膨润土的吸附原理 (2)

2.1物理吸附 (2)

2.2化学吸附 (3)

2.3离子交换吸附 (3)

3有机改性膨润土 (3)

3.1有机改性膨土的性能 (3)

3.2腐植酸改性膨润土 (4)

4 改性膨润土的应用 (4)

4.1环保材料 (4)

4.2催化剂及载体 (4)

4.3石油钻井、铸造和冶金材料 (5)

4.5农业、畜牧业材料 (5)

4.6其他用途 (5)

5 结语 (6)

参考文献 (6)

腐植酸有机改性膨润土及其应用研究

摘要：本文主要介绍了膨润土、腐植酸的结构，讨论了膨润土物理吸附、化学吸附、离子交换吸附的原理。通过有机改性膨润土的特点，制备腐植酸改性膨润土，进而研究改性膨润土的应用。

关键词：腐植酸;膨润土;改性膨润土；应用

Abstract:This article mainly describes the structure of bentonite, humic acid, discusses the modified principle of bentonite ,such as: physical adsorption,chemical adsorption, ion-exchange adsorption. Through the characteristics of organic modified bentonite, we make of humic acid modified bentonite and study on the application of modified bentonite.

Keywords:humic acid ;bentonite; modified bentonite；application

引言

膨润土是一种片层结构的硅酸盐，主要成分是蒙脱石，其层间的阳离子易被交换，具有很大的离子交换容量。根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量将膨润土划分为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土和铝(氢)基膨润土，膨润土具有膨胀性、吸附性、阳离子交换性、悬浮性和分散性等优异性能［1］。我国膨润土资源十分丰富,预测资源量在80亿吨以上，居世界首位，占世界总量的60%，但由于钙基者多，蒙脱石含量偏低，而采选加工方法较简单，产品质量受到影响，对外贸易中处于低出高进局面，导致其应用范围受到限制［2］。

腐植酸是自然界植物残体经腐烂分解后的产物，是一种大分子有机弱酸混合物，广泛存在于土壤有机质、泥炭、褐煤、风化煤以及湖泊和海洋沉积物中，它在水中呈高分子电解质和弱酸的特性，可吸附水中可溶性有机物、重金属离子等，对水环境中金属离子的络合、有机化合物的迁移与转化、水处理中消毒副产物的形成、氧化还原作用等都有重要影响。

近年来，有关膨润土、腐植酸吸附重金属离子的研究已有报道，膨润土可与土壤中的腐植酸等有机物相互作用，形成有机-无机复合体，从而改变其原先吸附重金属的性能[3]。加强和加快这种腐植酸-膨润土复合体资源的开发应用,具有

极其重要的意义。

1膨润土和腐植酸的结构及性能

1.1膨润土的结构

膨润土晶体结构单元是由两层［SiO4］四面体和在它们中间的一层［AlO2(OH)4］八面体组成［4］，每一个四面体的顶端的氧都指向结构层的中央并与八面体共有，由于晶层之间氧层与氧层的联系力很小，水和其他极性分子容易进入晶层中间，因而c轴方向上结构层的距离具有可变性。膨润土单片层是纵横尺寸比很大的薄片，直径约为100～200 nm，而厚度只有1 nm。5～10层这样的薄片通过层间阳离子结合在一起，构成基本颗粒(横向尺寸约是8～10 nm)，由基本颗粒又构成了更大的不规则的集团(直径为0．1～10μm)［5］。如果膨润土中不存在替代(置换)离子，则理论上正负电平衡，实际上蒙脱石晶体结构中四面体层的Si4+部分被Al3+、P5+置换，八面体中的Al3+部分被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等置换。这种结构内的类质同晶替代引起单位晶胞中有剩余的负电荷，成为结构中出现层间水的根本原因。这些负电荷依靠吸附阳离子使电价达到平衡，而吸附的阳离子又可以被其他的阳离子所交换，同时阳离子都会水化，蒙脱石单位层间就吸附了水化阳离子，因此c轴也随水量增加而膨胀，使得膨润土具有良好的膨胀性、吸附性和阳离子交换性，为许多客体物质进行层间复合或嵌入反应提供了较有利的条件。

1.2腐植酸的结构

腐植酸类物质是一种天然的羟基羧酸，暗黑色无定形物质，其主要元素组成为碳、氢、氧、氮，一般含碳45-70%，氢2-6%，氧30-50%，氮1-6%，有时含少量的硫、磷，一般由黄腐植酸、棕腐植酸和黑腐植酸组成。

腐植酸是一种多价酚型芳香族化合物与氮化合物的缩聚物，分子量不一、组成结构相似而又各不相同，平均分子量的数量级为102-104。分子结构大体为：中间是一个含芳环的骨架，含有酚羟基、羟基、醇羟基、醌羟基、烯醇基、磺酸基、胺基、游离的醌基、半醌基、醌氧基、甲氧基等多种功能团[6]。各组成间通过键合、氢键、吸附等物理、化学作用纠结在一起。因此，腐植酸有酸性、亲水性、离子交换性，络合性和较高的吸附能力、缓冲、催化等能力。

2 膨润土的吸附原理

2．1物理吸附

物理吸附是由分子间引力引起的，因为黏土矿物表面具有表面能，且黏土颗粒小、比表面大，吸附现象特别明显。吸附质与膨润土吸附剂间由于分子引力作用而产生的吸附或由氢键产生的吸附都属于物理吸附，主要是膨润土表面的羟基和氧原子与有机化合物分子之间形成氢键吸附。物理吸附在低温下就能进行，但由于吸附质与吸附剂作用力主要是范德华力，所以吸附选择性不强［7－8］。

2．2化学吸附

化学吸附是伴随有电子转移的键合过程，是指由吸附剂和吸附质之间的化学键力而产生的吸附。吸附方式有：黏土矿物晶体边缘带正电荷，阴离子基团可以靠静电引力吸附在黏土矿物的边面上;介质中有中性电解质存在时，无机阳离子可以在黏土矿物与阴离子型聚合物之间起“桥接”作用，使高聚物吸附在黏土矿物的表面上。

2．3离子交换吸附

黏土矿物通常带有不饱和电荷，根据电中性原理，必然会有等量的异号离子吸附在黏土矿物表面上以达到电性平衡，吸附在黏土矿物表面上的离子可与溶液中的同号离子发生交换作用，这种作用即为离子交换吸附。无机化合物使膨润土中的Al3+、Mg2+等离子溶解出来，产生相斥，增加比表面积，或者是改变膨润土结构，导致大量断键，增加反应活性［9］。吸附质离子由于静电引力作用聚集到膨润土表面上，同时膨润土释放等当量层间可交换性阳离子，完成吸附过程，吸附结合力为离子键。对于有机离子吸附质，大分子比小分子更容易被吸附，因为有机大离子与蒙脱石作用时不仅阳离子交换起作用，范德华力也起作用，离子越大，范德华力越大，被吸附越多。

3 有机改性膨润土

3.1有机改性膨润土的性能

有机膨润土具有在有机介质中高溶胀性、高分散性和触变性的特性。常用的膨润土有机改性剂是季铵盐型的阳离子改性剂，其主要的作用机理是由于季铵盐阳离子进入膨润土的层间，不但使有机膨润土的层间距增大，而且改善了疏水性，从而增强了去除有机物的能力。季铵盐阳离子作为表面活性剂可能以胶束状态存在于层间，其脂肪链一端相接，季铵盐阳离子端露在外面。研究表明：1)有机膨