劉麗娜，王 鼎

(1.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000； 2.榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化工學(xué)院，陜西 榆林 719000)

高嶺土在中國(guó)的分布比較廣泛，屬于非金屬礦產(chǎn)資源，是含水硅酸鹽粘土和粘土巖，儲(chǔ)量位于世界的前列，應(yīng)用十分廣泛，主要集中在建材、涂料、橡膠、陶瓷等領(lǐng)域[1]。高嶺土通過改性后可得到更多的性能，其改性主要分為酸和堿的改性、高溫煅燒的改性以及包覆和有機(jī)改性等[2]。將高嶺土用不同濃度的酸進(jìn)行改性后，可使高嶺土的表面積增大，從而使高嶺土結(jié)構(gòu)中的Al和Si等元素的活性點(diǎn)位更多的被暴露出來，可作為活性組分的載體應(yīng)用在吸附、光催化等領(lǐng)域里[3-5]。研究表明高嶺土對(duì)于Pd等半揮發(fā)性重金屬有良好的吸附性能[6-10]。高嶺土經(jīng)過高溫煅燒后其白度可大大提高，在高級(jí)涂料的應(yīng)用上很廣泛[11]。張永利等對(duì)改性高嶺土處理含鉻廢水進(jìn)行了深入的研究，高嶺土經(jīng)過改性后具有很好的活性和性能，可為高嶺土作為工業(yè)催化劑的研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[12-16]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料、試劑與儀器

高嶺土：內(nèi)蒙古鄂爾多斯。

濃硫酸：純度98%，北京北化精細(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司；濃鹽酸：純度36.5%，洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司。

掃描電鏡：SIGMA300，德國(guó)卡爾蔡司公司；紅外光譜分析儀：TENSOR 27，布魯克光譜儀器公司；數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器：SZCL-2，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；電子天平、干燥箱：AF-1，上海博迅有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；真空泵：SHB—Ⅲ，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司。

1.2 樣品制備

分別將w(硫酸)=10%、20%、30%、40%、50%的溶液定量加入兩口燒瓶中，安裝溫度計(jì)測(cè)溫，并加入定量的高嶺土，在控溫磁力攪拌器上預(yù)熱至90 ℃后恒溫?cái)嚢? h。將溶液進(jìn)行抽濾分離，濾餅進(jìn)行干燥并研磨至均勻細(xì)粉狀，即得到樣品為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸改性高嶺土催化劑。同樣的方法制得了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(5%、10%、15%、20%、25%)的鹽酸改性高嶺土催化劑樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 IR分析

原土及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)硫酸改性高嶺土的IR圖見圖1。

σ/cm-1a 高嶺土原土

σ/cm-1b w(硫酸)=10%改性高嶺土

σ/cm-1c w(硫酸)=30%改性高嶺土

σ/cm-1d w(硫酸)=50%改性高嶺土圖1 原土及不同w(硫酸)改性高嶺土IR譜圖

由圖1可知，3 450～3 700 cm-1為羥基的振動(dòng)吸收峰；1 630～1 640 cm-1為吸附水分子的彎曲振動(dòng)峰；1 000～1 100 cm-1為Si—O的伸縮振動(dòng)吸收峰；910～920 cm-1為Al—O—H的彎曲振動(dòng)峰；400～750 cm-1為Al—O的吸收振動(dòng)峰。對(duì)比可發(fā)現(xiàn)隨著w(硫酸)的增加，吸附水分子的彎曲振動(dòng)峰和Si—O的伸縮振動(dòng)峰均增強(qiáng)，而Al—O的吸收振動(dòng)峰卻減弱了，910～920 cm-1處Al—O—H的彎曲振動(dòng)峰基本消失。說明w(硫酸)越高，高嶺土中的Al2(SO4)3·10H2O會(huì)被浸出，從而使高嶺土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一些變化。

原土及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽酸改性高嶺土的IR圖，見圖2。

σ/cm-1a 高嶺土原土

σ/cm-1b w(鹽酸)=5%改性高嶺土

σ/cm-1c w(鹽酸)=15%改性高嶺土

σ/cm-1d w(鹽酸)=25%改性高嶺土圖2 原土及不同w(鹽酸)改性高嶺土IR譜圖

由圖2可知，隨著w(鹽酸)的增加，3 450～3 700 cm-1和1 630～1 640 cm-1處吸附水分子的彎曲振動(dòng)峰的峰強(qiáng)較原土均有所增加，但不明顯；1 000～1 100 cm-1處Si—O伸縮振動(dòng)吸收峰也有所增強(qiáng)，這可能是鹽酸改性高嶺土?xí)r，使高嶺土中的Al被溶出；910～920 cm-1處Al—O—H的彎曲振動(dòng)峰也略有增強(qiáng)，這可能是由于鹽酸在改性高嶺土?xí)r并沒有過多的將高嶺土中的鋁浸出，而依然殘留在樣品的表面上。通過對(duì)比，硫酸改性比鹽酸改性更能將高嶺土中的Al浸出。

2.2 SEM分析

樣品高嶺土的SEM圖見圖3。

由圖3可知，高嶺土是片狀的假六邊形結(jié)構(gòu)，其形態(tài)是不規(guī)則的，有很多小顆粒狀。當(dāng)高嶺土經(jīng)過w(硫酸)=50%改性后還可看到六邊形結(jié)構(gòu)，表面也變得粗糙，并且有明顯的堆積成塊狀態(tài)。當(dāng)高嶺土經(jīng)過w(鹽酸)=25%改性后發(fā)生了明顯的凝結(jié)成片狀態(tài)，孔道之間結(jié)合更加緊密?？梢?，高嶺土經(jīng)過不同酸改性后均可使顆粒之間發(fā)生明顯的凝結(jié)，且鹽酸改性比硫酸改性后凝結(jié)現(xiàn)象更明顯。

a 高嶺土原土

b w(硫酸)=50%改性高嶺土

c w(鹽酸)=25%改性高嶺土圖3 樣品高嶺土SEM圖

2.3 EDS分析

樣品高嶺土的元素組成及原子分?jǐn)?shù)，見表1。

表1 元素組成及原子分?jǐn)?shù)

樣品高嶺土的EDS譜圖，見圖4。

E/keVa 高嶺土原土

E/keVb w(硫酸)=50%改性高嶺土

E/keVc w(鹽酸)=25%改性高嶺土圖4 樣品高嶺土EDS圖

由表1和圖4可知，高嶺土主要由C、O、Al、Si、Ti、K等元素組成，其中O含量最高；當(dāng)高嶺土用w(硫酸)=50%溶液改性后，其中的Al含量明顯減少，說明硫酸改性浸出了高嶺土中的Al；當(dāng)高嶺土用w(鹽酸)=25%改性后，其中Al含量也有所減少，但減少的量沒有硫酸改性減少的多。可見，硫酸改性高嶺土更有利于高嶺土中Al的浸出。

3 結(jié) 論

用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硫酸和鹽酸對(duì)高嶺土進(jìn)行改性，制備了一系列酸改性高嶺土樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行表征。(1)硫酸改性比鹽酸改性更有利于高嶺土中Al的浸出，可實(shí)現(xiàn)Al的回收利用；(2)高嶺土經(jīng)過2種不同酸改性后均可使其孔道之間結(jié)合更加緊密，凝結(jié)成片狀結(jié)構(gòu)，且鹽酸改性比硫酸改性后凝結(jié)現(xiàn)象更明顯。