蒙脱石剥离分散性及影响因素研究

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蒙脱石是具有天然纳米属性的层状硅酸盐矿物,由于其独特的理化性质,被广泛的应用在铸造、钻井、化工、食品等多种领域。蒙脱石特殊的层状结构、离子交换性及吸水膨胀等特征使其具有良好的剥离分散性,剥离后的蒙脱石拥有较大的比表面积以及表面能,因此物化性能会进一步提升。本论文以四川三台、广西田东、新疆夏子街三个产地的膨润土原矿为原料,进行了蒙脱石剥离分散及其影响因素的实验研究。首先对膨润土原矿进行了矿物学研究,研究结果表明四川三台和广西田东膨润土属于天然钙基膨润土,新疆夏子街膨润土为天然钠基膨润土,三种原矿中均含有石英、方解石等杂质,需提纯除去;采用超声-离心法对三种膨润土原矿进行钠化提纯实验,讨论了离心转速、离心时间、钠化剂用量等实验因素对提纯效果的影响;获得最佳提纯工艺条件下制备的样品中蒙脱石含量达到93%以上,膨胀容、胶质价、CEC相对原样均有较大提升,三种蒙脱石的理化性能得到优化。其次对蒙脱石的无机剥离分散研究,并对蒙脱石的吸水膨胀、水化剥离性及定向堆叠性进行分析;结果表明吸水后的蒙脱石晶层发生了膨胀、剥离。X-射线衍射图和光学分析都表明颗粒变小,片层沿垂直于c轴方向剥离;蒙脱石晶层在脱水后会重新发生凝聚,说明剥离后的片层再次堆叠是二维胶状聚集体。天然钠基蒙脱石的分散性较好,优于人工改性钠基蒙脱石。另外通过调节样品p H值,可以起到调控蒙脱石凝胶分散性的作用,在p H值为8-11时,蒙脱石分散液可长时间保持为分散性较好的悬浮液,其他p H值均发生不同程度的凝聚沉降。通过无机膨润土凝胶标准的测试,制备出的无机剥离型蒙脱石凝胶样品完全符合无机蒙脱石凝胶标准。最后分别选取不同的表面活性剂对蒙脱石进行有机剥离改性,探讨了表面活性剂种类、添加方式、表面活性剂用量对蒙脱石有机插层剥离分散效果的影响。结果表明,添加阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)后,蒙脱石的层间距逐渐增大,但在1.5倍CEC浓度时存在蒙脱石从离子吸附转为分子吸附的临界点,并且层电荷数越高,分散性越差,有机程度越高;非离子型表面活性剂烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)插层后对蒙脱石层间距改变较小,只有部分的非离子表面活性剂能进入蒙脱石层间,导致插层效果有限,无法对蒙脱石进行剥离;采用阳-非离子型表面活性剂、阴-非离子型表面活性剂对蒙脱石进行复合插层,结果表明阳-非离子型表面活性剂插层后较单阳离子表面活性剂改性蒙脱石的改性效果好,层间分子排布更规律,层间距更大;采用阴-非离子型表面活性剂对蒙脱石进行复合插层改性后,蒙脱石片层被剥离,扫描图显示蒙脱石片层剥离分散程度较高,呈云雾状,结合XRD分析蒙脱石已剥离分散。通过有机膨润土、涂料有机膨润土国家标准进行测试,制备出的有机剥离型蒙脱石样品已优于标准。本论文的研究内容和成果对蒙脱石的片层剥离分散性研究和蒙脱石深加工方面有着深刻的理论意义和实用价值。
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