劉 輝，任 珺,2，陶 玲,2，傅正強(qiáng)

（1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院環(huán)境生態(tài)研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅雙泰凹土科技有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 前言

凹凸棒石又名坡縷石(Palygorskite)，是一種堿土金屬含水、富鎂鋁納米級硅酸鹽礦物，具有獨(dú)特鏈?zhǔn)?角閃石類)向?qū)訝?云母類)過渡性結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的鏈層狀晶體結(jié)構(gòu)中存在大量的晶內(nèi)孔道，孔隙率高、比表面積大，該結(jié)構(gòu)賦予了凹凸棒石許多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)[1-3]。主要包括吸附性、載體性、催化性、可塑性和流變性等，因而具有優(yōu)異的吸濕性能[4-7]。

目前對礦物干燥劑的研究有很多，如沸石活性干燥劑[8-9]，利用膨潤土制備礦物干燥劑等，主要都是利用礦物的多孔特征及其良好的吸附性能[10-15]。凹凸棒石為天然礦物，無毒無污染，其晶體內(nèi)存在大量的孔道，比表面積大，表面活性高，吸附性能優(yōu)異，因而可以考慮用作干燥劑制備[16-22]。而且由于其晶體內(nèi)大量孔道的存在，能儲存大量的水，如果能夠充分利用這一特性，則能夠成為一種性能優(yōu)越的干燥劑材料，具有很大的潛力。凹凸棒石對水汽亦有一定的吸附能力，但吸濕量有限，對其進(jìn)行提純、酸活化、熱活化及加入添加劑改性處理，以增大吸附量，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。

2 材料與方法

2.1 研究材料

凹凸棒石由甘肅雙泰凹土科技有限公司提供，產(chǎn)地為甘肅省臨澤縣板橋鎮(zhèn)；硫酸、CaCl2等試驗(yàn)材料均為分析純。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試樣的制備

將凹凸棒石原礦粉碎研磨，按固液比為4∶3，將100g凹凸棒石粉末加至75mL濃度分別為1、1.5、2、3mol/L的硫酸溶液中，攪拌均勻，靜置2h進(jìn)行酸化。酸化完畢后，分別加入10%、15%、20%、25%的CaCl2(配制成飽和溶液)靜置15min[23]。放入烘箱內(nèi)在105℃下烘干，冷卻至室溫，研磨，過5、10、20、100目(粉末)標(biāo)準(zhǔn)篩，在250、300、350、400℃下進(jìn)行熱處理，時(shí)間分別為1、2、3、4h，得到改性活化的凹凸棒石，置于干燥器內(nèi)備用。

2.2.2 吸濕率測定

試驗(yàn)中吸濕性能的測定所采用的濕度環(huán)境為飽和氯化鉀鹽溶液在25℃下所形成的相對濕度為85%的環(huán)境條件。首先稱量經(jīng)過烘干的稱量瓶M1g，將待測樣品分別放入稱量瓶中，作標(biāo)記并稱重為M2g。然后將其分別放入以上的干燥器中，為使干燥器密封，應(yīng)在蓋沿處涂上一層凡士林。將干燥器在25℃的環(huán)境下放置24h。取出試樣稱量為M3g，根據(jù)公式C=(M3-M2)/(M2-M1)×100%計(jì)算出吸濕率[26]。

3 結(jié)果與分析

3.1 吸濕試驗(yàn)的最佳條件

以硫酸改性濃度(A，mol/L)和時(shí)間、CaCl2添加量(B，%)、顆粒粒徑(C，mm)、活化溫度(D，℃)和時(shí)間(E，h)為主要因素，吸濕率和顆粒強(qiáng)度作為干燥劑指標(biāo)，選用L16(45)正交表進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和結(jié)果分別列于表1、表2、表3。

表1 改性凹凸棒石基干燥劑制備的L16(45)正交試驗(yàn)因素和水平

改性凹凸棒石基干燥劑的吸濕率的主要影響因素按影響程度的大小排列順序是焙燒時(shí)間、CaCl2添加量、硫酸濃度、顆粒粒徑、焙燒溫度。通過上述分析，確定最佳工藝路線為A1B4C1D3E4，即干燥劑的焙燒溫度350℃、焙燒時(shí)間4h、硫酸濃度1mol/L、CaCl2添加量為25%、顆粒粒徑為4mm。采用此工藝制備的凹凸棒石基干燥劑吸濕率可達(dá)50.24%(見表4)，顆粒強(qiáng)度作為吸濕率指標(biāo)的輔助指標(biāo)。

改性凹凸棒石基干燥劑的顆粒強(qiáng)度的主要影響因素按影響程度的大小排列順序是顆粒粒徑、焙燒溫度、CaCl2添加量、硫酸濃度、焙燒時(shí)間。根據(jù)顆粒強(qiáng)度確定的凹凸棒石基干燥劑的最佳工藝路線為A3B1C1D2E4，即干燥劑的焙燒溫度300℃、焙燒時(shí)間4h、硫酸濃度2mol/L、CaCl2添加量為10%、顆粒粒徑為4mm。

表2 改性凹凸棒石基干燥劑吸濕試驗(yàn)的L16(45)正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 改性凹凸棒石基干燥劑顆粒強(qiáng)度的L16(45)正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 吸濕率測定結(jié)果對比

4 結(jié)論與討論

綜合正交試驗(yàn)關(guān)于吸濕率和顆粒強(qiáng)度的結(jié)果，確定焙燒溫度350℃、焙燒時(shí)間4h、硫酸濃度1mol/L、CaCl2添加量為25%、顆粒粒徑為4mm的工藝制備的凹凸棒石基干燥劑，在25℃、相對濕度為85%的環(huán)境中進(jìn)行吸濕試驗(yàn)，吸濕率達(dá)到50.24%。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB6287分子篩靜態(tài)水吸附測定方法，測定凹凸棒石、改性凹凸棒石基干燥劑和硅膠干燥劑的吸濕率，改性凹凸棒石基干燥劑的吸濕率指標(biāo)在不同相對溫度條件下均優(yōu)于普通硅膠，說明產(chǎn)于甘肅臨澤的凹凸棒石經(jīng)過改性后可以用于制備礦物干燥劑。

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