呂秀玲,張彩文,馮曉健

(河北理工大學(xué)研究生學(xué)院,河北 唐山 063009)

膨潤(rùn)土是蒙脫石為主要礦物的多礦物集合體。我國(guó)膨潤(rùn)土資源十分豐富,資源總儲(chǔ)量在 75億噸以上,探明儲(chǔ)量 23.3億噸[1],居世界首位。隨著柱撐蒙脫石研究的廣泛開(kāi)展,人們?cè)絹?lái)越傾向于將膨潤(rùn)土用于制作柱撐蒙脫石原料,為膨潤(rùn)土開(kāi)拓出具有高附加值的新用途。

1 以膨潤(rùn)土為原料制備鈉基蒙脫石

實(shí)驗(yàn)用膨潤(rùn)土系東北某地產(chǎn)膨潤(rùn)土。配制濃度為10%的NaCl溶液,將膨潤(rùn)土浸泡于這三種溶液中,待膨潤(rùn)土沉降后,測(cè)上清液的電導(dǎo)率。棄去清液,重新浸泡,再測(cè)上清液的電導(dǎo)率,如此反復(fù),直至上清液的電導(dǎo)率不發(fā)生變化,停止浸泡,過(guò)濾并棄去清液,得到鈉基膨潤(rùn)土。

將鈉基膨潤(rùn)土分散于水中時(shí),因蒙脫石能迅速分散為微小的顆粒,故采用沉降法提取小于 2μm的顆粒,從膨潤(rùn)土的礦物組成看,能理解成 2μm以下的顆粒基本上都是蒙脫石。

采用沉降法提取小于 2μm顆粒所需的沉降時(shí)間,可以由斯托克斯公式求出:

其中:t——沉降時(shí)間(s);

η——液體介質(zhì)的粘度(泊);

h——沉降高度(cm);

ρf——蒙脫石顆粒的密度(g/cm3);

ρs——液體介質(zhì)的密度(g/cm3);

g——重力加速度(cm/s2)g=980 cm/s2;

d——顆粒直徑(cm)。

達(dá)到沉降時(shí)間后,用移液管移取小于 2μm的膨潤(rùn)土懸浮液,下部沉淀?xiàng)壷?用離心機(jī)進(jìn)行固液分離,然后干燥、研磨,過(guò) 200目篩,即得到鈉基蒙脫石。

2 鈉基蒙脫石的預(yù)處理

柱撐之前對(duì)鈉基蒙脫石的預(yù)處理是極為重要的,此環(huán)節(jié)可以提高柱撐蒙脫石的吸附性能。預(yù)處理就是柱撐前向鈉基蒙脫石懸浮液中加入六偏磷酸鈉[Na6(PO3)6]。六偏磷酸鈉以 0.6 g/l溶液的形式加入。六偏磷酸鈉在泥漿中作為分散劑。表 1、圖 1反映了六偏磷酸鈉的加入量與柱撐蒙脫石吸附 SO2-4離子能力的關(guān)系。

表1 蒙脫石懸浮液中Na6(PO3)6加入量對(duì)柱撐蒙脫石吸附SO2-4能力的影響

圖1 六偏磷酸鈉加入量與SO2-4離子吸附量關(guān)系曲線

結(jié)果顯示,蒙脫石懸浮液中加入六偏磷酸鈉后柱撐蒙脫石對(duì) SO2-4離子的吸附量增大了。當(dāng)六偏磷酸鈉加入量達(dá)到0.1 ml/100mg土以后,隨加入量繼續(xù)增多,吸附量無(wú)明顯增大。

3 六偏磷酸鈉的加入提高柱撐蒙脫石吸附能力的原因分析

分散在水中的蒙脫石顆粒理論上在 C軸方向可以分散至單位晶胞大小的尺度,但實(shí)際上蒙脫石往往不能分散到如此薄,而常以多層疊合的方式形成顆粒。已分散的鈉基蒙脫石微粒板面為負(fù) ζ-電位,表面為正ζ-電位,在這樣一個(gè)分散系統(tǒng)中,粒子之間的聚集狀態(tài)取決長(zhǎng)程范氏力與靜電力的共同作用。在長(zhǎng)程范氏力與靜電引力的共同作用下,邊面與板面之間相互吸引容易產(chǎn)生邊面 -板面結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在板面與板面之間、邊面與邊面之間雖然都存在靜電斥力,但當(dāng)長(zhǎng)程范氏力超過(guò)靜電斥力時(shí)仍可能出現(xiàn)板面—板面結(jié)合或邊面—邊面結(jié)合的結(jié)構(gòu)。這些絮凝狀態(tài)不利于柱撐,尤其雙重吸引力的作用下形成的邊面—板面結(jié)合的結(jié)構(gòu)封堵了蒙脫石復(fù)網(wǎng)層間的入口,使聚合羥基鈦離子不容易進(jìn)入復(fù)網(wǎng)層間。當(dāng)體系中加入聚電解質(zhì)六偏磷酸鈉時(shí),聚合陰離子與蒙脫石顆粒邊表面幾何位置相適應(yīng),很容易吸附在邊表面上。邊表面原來(lái)帶正電,聚合陰離子吸附在邊表面上,使邊面由原來(lái)的正 ζ-電位變?yōu)樨?fù) ζ-電位,使邊面與板面之間的靜電引力轉(zhuǎn)變?yōu)殪o電斥力,有利于拆散邊面—板面結(jié)合結(jié)構(gòu),有利于聚合羥基鈦離子進(jìn)入層間柱撐,得到的柱撐蒙脫石SO2-4離子的吸附量增大。

4 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,六偏磷酸鈉與蒙脫石按0.1m l/100mg的比例加入為宜,過(guò)多加入沒(méi)有必要。

[1] 羅成剛,廖丹葵,等.改性膨潤(rùn)土在有機(jī)反應(yīng)中的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2002,21(3):218-221.