黏士的物化性質(zhì)和制備方法

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

黏士

[物化性質(zhì)]黏土礦物是指粒徑小于2μm的含水層狀硅酸鹽礦物，主要包括伊利石族、蛭石族、高嶺石族、蒙皂石族、坡縷石族等礦物。層狀硅酸鹽礦物具有四面體片和八面體片組成的晶體結(jié)構(gòu)。由一個(gè)四面體片和一個(gè)八面體片組成的結(jié)構(gòu)單元層稱(chēng)為1：1型(TO型)，如高嶺石、埃洛石和蛇紋石等；由兩個(gè)四面體片夾一個(gè)八面體片組成的結(jié)構(gòu)單元層稱(chēng)為2：1型(TOT)型，如葉蠟石、云母、蛭石等。另外，還有間層(混層)結(jié)構(gòu)，如累托石等。結(jié)構(gòu)單元層在垂直網(wǎng)片方向周期性地重復(fù)疊置構(gòu)成礦物的空間格架，而在結(jié)構(gòu)單元層之間存在著空隙稱(chēng)層間域。黏土礦物的層間域是一個(gè)良好的化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所，它具有層間交換、吸附、催化、聚合、柱撐等特性。黏土礦物的結(jié)構(gòu)單元層通常都帶有電荷，分為結(jié)構(gòu)電荷(永久電荷)和表面電荷(可變電荷)。由于黏土礦物顆粒細(xì)微、帶有電荷、比表面積巨大和存在結(jié)構(gòu)層間域等，使之具有吸附性、膨脹性、可塑性和離子交換等特殊性能。

黏土因具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)而具有良好的吸附和離子交換性能，且其儲(chǔ)量大，價(jià)格低，是一類(lèi)很有發(fā)展前景的優(yōu)質(zhì)廉價(jià)吸附劑。目前研究較多的黏土類(lèi)吸附劑主要有：膨潤(rùn)土、硅藻土、蒙脫土、凹凸棒土、沸石、海泡石、蛭石、蛇紋石、高嶺土和伊利石等。天然黏土礦物吸附性能較差，經(jīng)過(guò)改性處理后其吸附性能提高。改性的方法主要有焙燒、酸浸漬、改性劑改性等。

[制備方法]天然黏土一般由硅酸鹽礦物在地球表面風(fēng)化后形成，有些成巖作用也會(huì)產(chǎn)生黏土。天然黏土礦物存在著大量可交換的親水性無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，使實(shí)際黏土表面通常存在著一層薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有機(jī)污染物，直接用于廢水處理，往往不能達(dá)到很好的處理效果。一般用于廢水處理的黏土礦物經(jīng)過(guò)一次或二次處理，或?qū)⒌V物熔燒成粒狀大面積材料，進(jìn)一步增強(qiáng)其吸附能力及去除效果。

黏土礦物由于本身表面硅氧結(jié)構(gòu)有極強(qiáng)的親水性，其結(jié)構(gòu)外部的陽(yáng)離子又具有水解作用，因而它對(duì)有機(jī)污染物和陰離子污染物的處理效果不佳，為提高原土的污水處理能力，在使用黏土礦物處理廢水時(shí)，一般先對(duì)其進(jìn)行改性。改性黏土是利用某些層狀黏土的離子或分子的可交換性，將一些原子、分子、化合物作為交聯(lián)劑，插入到層間域而形成的化合物。交聯(lián)黏土進(jìn)一步加熱脫氫或脫羥基后，會(huì)在層間域形成柱狀金屬氧化物群，將黏土層間撐開(kāi)，產(chǎn)生分子大小的層間距，故又稱(chēng)為層柱黏土。

黏土改性的常見(jiàn)方法有兩種。一是活化法，活化黏土礦物的方法較多，有酸化法、氧化法、還原法、熔燒法以及氫化法，其中以酸化法(用硫酸或鹽酸處理)較為簡(jiǎn)單易行。二是添加無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物或同時(shí)加入無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物制成復(fù)合礦物，以滿足不同用途的需要，并提高其處理廢水的能力。

①無(wú)機(jī)層柱黏土礦物用無(wú)機(jī)陽(yáng)離子改性黏土礦物是利用黏土礦物層間具有可交換陽(yáng)離子的反應(yīng)活性，把無(wú)機(jī)改性劑引入層間將黏土礦物層與層撐開(kāi)而形成的化合物，從而改變層間結(jié)構(gòu)，提高表面活性，增強(qiáng)其吸附能力。采用的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子插層劑一般是聚合羥基陽(yáng)離子包括Al、Zr、Ti、Cr、Fe、Si、Ni、Cu、V、Co等或其復(fù)合型，最常用的是具有較大體積和較高電荷的Al和Zr。

②有機(jī)層柱黏土礦物對(duì)黏土礦物進(jìn)行有機(jī)改性是由于天然黏土礦物存在大量可交換的親水性無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，使實(shí)際黏土表面常存在一層薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有機(jī)污染物。這時(shí)需要對(duì)黏土礦物進(jìn)行有機(jī)物改性，通常采用有機(jī)陽(yáng)離子，通過(guò)離子交換，把黏土礦物中原先存在的無(wú)機(jī)陽(yáng)離子置換出來(lái)，使其成為疏水性有機(jī)黏土，這樣增加了黏土礦物的疏水性，增強(qiáng)了去除疏水性有機(jī)污染物的能力。國(guó)外采用的有機(jī)物種類(lèi)較廣，醇、醚、酮、醛、羧酸、酚、醌、胺、烴、芳香類(lèi)、酰類(lèi)、有機(jī)硫和磷都有涉及，國(guó)內(nèi)主要集中于季銨鹽和胺的研究。

③無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合層柱黏土礦物E.Mortarges等用羥基鋁膨潤(rùn)土與聚合環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到無(wú)機(jī)-有機(jī)膨潤(rùn)土復(fù)合材料，對(duì)廢水中Cu2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+等多種重金屬離子有良好的去除效果。張蕾等利用硅鈦交聯(lián)劑與膨潤(rùn)土進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)制備硅鈦交聯(lián)膨潤(rùn)土，并以溴化十六烷基三甲基銨(CTMAB)改性，制成CTMAB-Si-Ti膨潤(rùn)土，用其處理造紙黑液，對(duì)COD吸附容量高達(dá)549.3mg/g。這些表明無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合交聯(lián)黏土礦物具有更好的吸附效果和更為廣泛的應(yīng)用范圍。

改性實(shí)例1：接枝聚丙烯腈

用pH=3.0的乙酸水溶液，將偶聯(lián)劑KH-570配成2%的溶液。將酸活化的凹凸棒黏土制成2%懸浮液后，加入到上述水解后的偶聯(lián)劑溶液中，加熱回流1h，產(chǎn)物通過(guò)離心分離，用去離子水洗至pH=7.0，后用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，在真空干燥箱中40℃干燥12h，即得硅烷改性凹土(Si-ATP)。

60mL新蒸的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中通入氬氣排氧處理30min后，加入0.0548g過(guò)硫酸鉀，攪拌溶解后向其中加入改性凹凸棒黏土0.80g和丙烯腈10mL，升溫至60℃反應(yīng)5h(整個(gè)過(guò)程都在氬氣保護(hù)下進(jìn)行)。將離心處理得到的產(chǎn)物后置于DMF中反復(fù)超聲分散，直至離心后的清液傾入去離子水中無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，此時(shí)反應(yīng)中形成的均聚物被完全除去。將產(chǎn)物用無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，在真空干燥箱中40℃干燥5h，得到聚丙烯腈接枝凹土(PAN-ATP)。

將接枝產(chǎn)物用1mol/L的NaOH溶液在80℃下皂化反應(yīng)1.5h，所得產(chǎn)物通過(guò)離心分離后，在40℃干燥5h,得到皂化接枝改性凹土(Sap-ATP)。

改性實(shí)例2：氯化鑭改性黏土

取500mL、2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的LaCl3水溶液(起始pH值為8.3)，加入10g黏土礦物樣品。所得混合液在20℃下，恒溫振蕩48h。然后再將混合液在2×105Pa的壓力條件下蒸煮1h。冷卻后，用中速定性濾紙過(guò)濾(用超純水充分洗滌3～5遍)，所得黏土放入烘箱(60℃)老化12h，放冷后于干燥器中保存。改性黏土使用前，經(jīng)100℃下烘干，研磨過(guò)180目篩，粒度小于74μm。

改性實(shí)例3：微波改性凹凸棒黏土

a.凹土預(yù)處理將實(shí)驗(yàn)用凹土進(jìn)行機(jī)械粉碎，加入4%的稀鹽酸進(jìn)行酸活化處理：將4%的鹽酸加入提純坡縷石土中，使礦漿中固體(質(zhì)量)與液體(體積)的比為1：5，攪拌活化2h?；罨瓿珊髮⒏男酝料礈熘羛H值為7左右，并于恒溫烘箱中105℃烘干，粉碎至200目，備用。

b.凹土熱活化稱(chēng)取一定量的凹土于陶瓷坩堝中，置于SRJX-2-9型箱型電阻爐內(nèi)進(jìn)行熱活化，進(jìn)一步提高凹凸棒石的活化程度和吸附程度。實(shí)驗(yàn)中對(duì)凹土進(jìn)行2h的熱活化，活化溫度300℃，反應(yīng)在SRJX-2-9型箱型電阻爐中進(jìn)行。

c.凹土鈉化稱(chēng)取一定量熱活化凹土，配成15%的礦漿，加入4%的NaCl鈉化2h。

d.凹土微波有機(jī)改性實(shí)驗(yàn)對(duì)物理改性的凹土繼續(xù)進(jìn)行有機(jī)改性。傳統(tǒng)的有機(jī)改性?xún)H是通過(guò)機(jī)械攪拌或超聲波分散處理進(jìn)行，改性時(shí)間長(zhǎng)，改性不充分。而采用微波有機(jī)改性的方法，不但操作簡(jiǎn)便，而且與傳統(tǒng)方法相比較，可明顯加快反應(yīng)過(guò)程，縮短活性凹土的制備時(shí)間，節(jié)約能源。實(shí)驗(yàn)采用WF-4000型微波快速反應(yīng)器，反應(yīng)在100Hz、80℃下，10min即可完成有機(jī)改性，既縮短了改性時(shí)間，改性劑又能更好地插入到凹凸棒石的層鏈結(jié)構(gòu)中，提高其吸附性能。

百檢網(wǎng)就是一家權(quán)威的食品檢測(cè)機(jī)構(gòu)，提供各種檢測(cè)需求服務(wù)，有任何疑問(wèn)歡迎電聯(lián)或者在線咨詢(xún)客服。

上一篇：淀粉接枝共聚物

下一篇：黏土及其改性物質(zhì)的應(yīng)用

食品安全檢測(cè)服務(wù)聯(lián)系電話：13613841283

標(biāo)簽:

食品安全網(wǎng) ：https://www.food12331.com

上一篇：黏土及其改性物質(zhì)的應(yīng)用

下一篇：返回列表