纳米膨润土

纳米膨润土的制备及应用

一、理化性质

1.1、结构特点

膨润土是一种以天然蒙脱石为主要成分的粘土，属于一种含水铝硅酸盐土状矿物，内有少量碱和碱土金属。由于它不是一种纯物质，也就没有固定的化学组成和化学式。膨润土的主成分为二氧化硅和三氧化二铝，并含有少量镁、钙、钾、钠、铁等。因成分不同颜色各异，比重为2：6。

1.2、膨胀性

蒙脱石属单斜晶系2：2型网架状结构，单元层间能吸附和排出水分子，吸水后因蒙脱石层间的距离加大，表现出自身膨胀性。膨润土的吸水性很高，吸水后的膨胀倍数可达80倍以上。

1.3、阳离子交换性

蒙脱石的结构单元层是由两个硅氧四面体层夹一个铝氧八面体组成，靠共用的氧原子连接，其层间的阳离子可以交换，可交换的阳离子包括钾、钠、钙、镁、铝、锂等，并很容易地使颗粒分裂成带电粒子，晶层间被吸附的阳离子具有可交换性，常可将其改善性能扩展应用。当用离子交换法引入大的有机或无机离子进入层间结构制成大孔洞的材料时，把用大分子有机物引入层间的膨润土称之为有机膨润土，它具有吸附某些阳离子和极性有机分子的能力。

由于膨润土的特殊结构，因此其具有许多优良的性能。胶质价表示其胶体性能，在胶质价大于100时呈胶状，其理化性能以钠基为好，在水介质中不沉淀。由于蒙脱石为TOT型层状结构，其表面积大，约为759㎡/kg，可吸收气体、水及某些色素，对有机化合物具有很大的吸附性，蒙脱石中的晶胞内含有高价硅离子和铝离子，因而能部分或全部被其它低阳离子置换成为一个大的负离子，这个大的负离子具有吸附某些阳离子的极性有机分子的作用。

1.4、悬浮性

膨润土具有悬浮性。由于蒙脱石粒径小于0.2nm，基内部晶胞中的负电荷数相同，其同性相斥，在稀溶液中难于吸附聚合成大分子的颗粒，从而保持良好的悬浮性。

1.5、分散性和亲水性

蒙脱石的粒径小，晶胞内存在着很多的金属阳离子和羟基亲水基团，使其同时具有强烈的亲水性能和分散性。

1.6、粘结性

膨润土亲水粒径小，与水混合时表现出很大的粘结性。由于颗粒不规则，羟基与水形成氢键，对微量有机物具有吸附作用和多种聚附形式形成胶束，在聚集、絮凝、凝胶时产生粘结性。

1.7、稳定性

膨润土的性能稳定，可耐 300℃以上的高温，且不溶于水，微溶于强酸、强碱中，可被强氧化剂破坏。

1.8、触变性

膨润土还具有良好的触变性，在搅拌时表现出溶胶性，停止搅拌时以自行排列成具有立体网状结构的凝胶，并不发生沉降，但在重新施加外力搅拌时，凝胶又能恢复原有的流动性，由此使其在钻井泥浆的调制等方面具有特别重要的意义。

膨润土无毒，对人体、畜、植物等无害，可用于医药载体、饲料添加剂、土质改良剂及化肥等。

二、膨润土的制备

2.1、主要原料

膨润土是一种含有大量蒙脱石、少量贝得石和皂石的粘土性岩体。膨润土的性质主要决定于蒙脱石的含量和组成。蒙托石的元素种类有Si、Al、H、K、Ca、Na等等，它的晶格为上下二层，在［AiO

］四面体中间夹有一个八面体的二八面层构造，蒙脱石的三层构造单元

4

层间连接是通过氧来实现的。由于该键很弱，水或其它极性液体分子则很容易进入层间，因而膨润土都有很强的膨胀性能。

蒙脱石二八面层晶格发生异价离子置换，不论是四面体中心还是八面体中心都有剩余的交换性阳离子如:Na+、K+、Ca2+或Mg2+，可以进入晶格而平衡电价。当蒙脱石中的Na+含量占该蒙脱石容易交换阳离子的50％以上时，则称为钠基膨润土；当蒙脱石中的Ga基含量占50％时，则称为钙基膨润土，钙基膨润土的膨胀性低于钠基土，且在水中不易形成稳定的悬浊液。

蒙脱石悬浊液的稳定性还与体系的PH值有关。粘土颗粒断口表面呈两性，在碱性介质中，粘土颗粒表面表现弱碱性，带负电，与带负电的基面相斥，有利于体系的稳定；而在酸性介质中，粘土颗粒表面呈弱酸性，带正电，与带负电荷的基面发生偶极相互作用，导致悬浊液体系稳定性的消失。

蒙脱石悬浊液中浓度高的阳离子可以交换浓度低的阳离子，在离子浓度相同的情况下，离子键强的阳离子取代离子键弱的阳离子。

因此，不但可以通过改变蒙脱石悬浊液的酸碱性来提高悬浊液体系的稳定性，而且可以通过改变蒙脱石中某一交换性阳离子的含量来提高悬浊液的稳定性。

2.2、反应原理

有机季铵盐与膨润土中的电解质可发生离子交换，其主要是钠离子，生成的有机基团覆盖在膨润土表面，形成稳定的有机产品，从而使表面性能发生变化，由亲水性转变成亲油性和具有膨润性，选用不同的基团可制成具有不同用途的产品。

在制备的过程中要求季铵盐中应至少有一个基的碳原子数有10~24，以保证其亲油性，并且原土的纯度应高，每100g土的阳离子交换容量为 70~100mg。

2.3、生产工艺

原土提纯：取原土加水充分润湿搅拌，静止沉降后，取出上部分散液，弃去沉降物。为了提高提纯土的产率，以沉降下来的砂石和膨润土混合物再次水洗沉降，直至提纯土中蒙脱石含量达到有机化的要求（90％以上）。由于天然膨润土中的杂质矿物的粒度、硬度较大，通过逐级分离可以得到性能较优异的精制膨润土原料，并有利于活化处理。

2.4、合成方法

（1）湿法：用水为分散介质，先去除膨润土中杂质制成土浆液，含量为10％~20％再进行高速剪切分散，使粒度达到粘土级。用土浆液与季铵盐反应，每100g粘土所需季铵盐约为 75~120mg。最后从浆液中分离出有机土，进行洗涤，在低于90℃温度下干燥。湿法分散蒙脱石、提纯、改型，用长碳链有机阳离子十六烷基三甲基溴化铵取代蒙脱石层间金属离

子，使层间距扩大大至17~30A，形成疏水有机膨润土，再经脱水、干燥、研磨成纳米粉产品。其操作条件是：水与原土质量比为2：1，于65℃与阳离子换 90min，再于105℃下干燥粉碎得成品按固液比为1;5，选用提纯蒙脱石含量为94%的原料，钠盐加入量为3.5%，于65℃下充分反应1h，其交换率为 97%。湿法的关键步骤是悬浮液中的微粒的粒度是否达到要求，它直接关系到有机膨润土性能的好坏，因此一定要经过实验确定。

（2）预凝胶法：将膨润土分散、提纯、改型，在有机覆盖过程中，加入疏水有机溶剂（如矿物油），把疏水的有机膨润土萃取进入有机相，分离人造棉去水相，再蒸发除去残留的水分，直接制成有机膨润土预凝胶。此法在国内尚未实现工业化。

（3）干式制法：制备时将粘土和适量的季铵盐（占粘土的15%~55%）充分混合，在无水和高于季铵盐熔点的温度下反应5~30h，反应完毕，经三磨、过筛，再经细粉化得纳米级干态物。上述3种方法，干燥操作简单，生产效率高。

（4）膨润土的改性：将200g的膨润土溶解在300ml的3%的脂肪胺水溶液内，在搅拌下经4h后过滤用蒸馏水洗涤，干燥得改性膨润土。

（5）质量检测：产品的分析方法采用：日本Riguku2034型X射线仪，镍过滤的CuKα靶进行X光衍射分析；红外吸收光谱图在IR5DXT利用KBr渗合技术测定PJC-10型热重差热分析仪测定有机膨润土的DTA-TG曲线，利用元素分析仪进行碳数分析。

三、实际应用

3.1纳米复合材料

蒙脱土每个单位晶胞由两个硅氧四面体晶片中间夹带一个铝氧八面体晶片构成三明治状结构，每层的厚度约1nm，有较高的刚性，层间富有可交换的Na、K、Ca、Mg等水合阳离子，可与其它有机阳离子进行交换，使层间距发生变化。通过离子交换反应还会使亲水的粘土矿物表面疏水化，增加了与聚合物基质间的浸润作用，通常我们把这种有机阳离子物质称为插层，这种插层剂还可以包含各种能够同聚合物发生化学反应的官能团，进一步增加了粘土与聚合物之间的粘结作用。只有插层型复合物与剥离型纳米复合物两种结构模式才表明聚合物进入了蒙脱土的片层之间，才可称为纳米复合材料。在第二种结构中则表明，随着蒙脱土片层之间间距的增大，硅酸盐片层已完全被聚合物打乱，称为完全剥离型复合物，它比插层型复合物类纳米复合物呈现出更好的性能通过插层复合技术能够实现。

有机高分子和无机物在纳米尺度上的复合，得到的材料既体现了无机材料的刚性、尺寸稳定性、耐热性，又显示了聚合物韧性、可加工性、耐化学药品性和良好的电性能。由于所加入的无机物只有5%，同常规无机填充复合材料相比大大地提高了材料的比强度、比模量而不失其韧性，有效地提高了制品的质量。同时纳米范围内的相结构尺寸小于可见光的波长，因此添加2%体积分数）蒙脱土/PA6膜的透光率比纯PA6大3倍硅酸盐片晶对气体、水蒸气有很强的阻隔作用，加之有促进PE结晶的作用，有很高的远红外反射系数，是啤酒瓶和软饮料瓶的理想包装材料。此外还可以利用其远红外反射系数高的特点，将有机纳米蒙脱土加到PA、PP、PE、PET、PBT等树脂中纺丝，制成超远红外防寒保暖用品。

3.2合成橡胶助剂

纳米膨润土是一种含水的硅酸盐矿物，具有很强的吸水性能和较强的离子交换能力，广泛用于石油钻井、民用工程与铸造等行业。

将改性膨润土或纳米膨润土用于合成橡胶的助剂，可以改善胶料的混合性能。在橡胶中加量为10份，随着膨润土用量的增加，胶料达到混合平衡时所用的时间缩短，并不影响胶料的综合物理性能。由于改性膨润土有助于与其他配合剂分散，可以达到对胶料进行改性。

3.3农副业

3.3.1生产饲料添加剂

膨润土中含有多种矿物元素，如硅、铁、钙、铝、钾、镁、锰、镍、锌、铜、钴等。这

些元素是禽畜生长发育所必需的常用微量元素，特别是硅、锰、钴等是动物体内酶或生物活性物质的重要组成部分，向饲料中加入膨润土可使动物精力旺盛、羽毛光洁、成活率高、抗病力强，是一种理想的矿物饲料添加剂。

3.3.2禽畜垫料

钙基膨润土孔容大，吸附力强，吸湿性好，粒度适中，可利用吸附性烘便和除臭，又不损害禽畜健康。

3.3.3其它（改良土壤、改良水田、改善离子的吸附性能等）

3.4铸造业

这是膨润土的最大用途，主要用于高压造型和钢铸件的粘合剂，通常选用熔点高，耐用性好的钠基原土，用量为4Kg/t。

3.5活性白土

活性白土占其总用量的14%，为国内膨润土的第二大用户。反应应选用具有较好性能的活性度和脱色力。粒度为50~100目的原土，经烘干，制桨按一定的水：酸：土比投料，用盐酸酸化，其酸土比为0.4，于90℃下酸化4h后漂洗，水量为原土的6倍，经漂洗分出固液相，干燥粉碎至要求的粒度，密封储存。将活性白土加压成型再将其细粉化或制成纳米级颗粒产品，经济效益很高。活性白土主要用于各种动植物油脂的脱色和净化处理，以用于各种日用系列产品的开发，也用于各种润滑油脂的精炼；也可脱除油脂中的色素、恶臭和各种杂质，使原料的白度等获得很大的提高，从而用于水处理等；在化学反应中也用于后处理的精制过程；近年来国内的需求量增长很快，产品已呈供不应求之势。也用于干燥剂等。

3.6石油化工

纳米膨润土是石油化工反应中的有用催化剂，广泛用于石油工业中的催化重整、异构化、歧化、脱除烯烃和羰基化物等，也用于粗苯、溶剂油、二乙苯、航空油的脱色精制，在汽油的生产中使用膨润土催化，可较单纯热解提高效率10倍，作为十分有效的催化剂可以作于烯烃、醇、酸等多种化学反应的加成和降解，用于生产A型分子筛。在石油化工业中的应用也相当广泛，可用于吸附、脱色、干燥、催化、缩合等多种化学反应，将膨润土用于开发下游产品如白炭黑，市场需求在快速增加，且经济效益可为活性白土的7倍，生产的工艺路线和设备投资与活性白土基本相当。

纳米膨润土具有润滑性能，可加入润滑油中以降低生产成本，且性能优于其它的润滑油，可耐200℃以上的高温。膨润土基润滑脂是以有机膨润土为稠化剂制成的凝胶化润滑油，其耐高温，滴点高于260℃，稠化力强，10%的膨润土矿物油凝胶的微针入度小于65，其具有的耐高性尤其适用于制备高温润滑脂，使用多元醇为基础油，在加入改性有机膨润土后可在180℃下连续使用时间长达400h。此外也用于各种汽车用润滑油系列产品的开发。

在钻井方面，在石油和天然气的开采过程中钻浆的作用十分重要。钻桨一般分为两类，一是泥浆，其载体是水，用膨润土增稠剂；第二油类为油浆，载体为柴油和原油，其含膨润土的泥浆主要用于高深井、斜井、水敏地层，溶岩地层的钻探，其具有较好的流变性和携带岩屑性，可有效地润滑钻具、防腐蚀，在高温和高压下进行深井钻探时可完全符合使用要求，由此会使其需求快速增加。

3.7织印染业

有机膨润土可用于合成纤维印染中颜料的分散剂、匀染剂及纺织品的柔软剂，膨润土用于柔软剂的配方中可与阴离子表面活性剂并作，其价格便宜，在印染过程中加入有机膨润土可以克服因合成纤维亲水性和润湿性而引起的染色不匀的缺点，使染色均匀，并减小印染残液中的染料浓度，用加有十六烷基三甲基溴化胺的膨润土的染料液对腈纶毛线染色，其染出的毛线色泽鲜艳，均匀度高。在纺织印染中使用有机膨润土可用于分散剂、匀染剂和用于柔软整理剂等，其制品色泽好，毛线膨松，手感柔软。在生产纺织浆料中用膨润土代替淀粉，

可节约粮食50%，并能提高产品的内在质量，经纱平滑，不起毛，上浆后不发霉，在印花涂料工艺中用于替代淀料可作为印花糊料，替代其它类别的产品用作增稠剂，利用其易吸附在纤维表面的特性用于织物柔软剂，具有润滑、吸湿和抗静电的作用。

3.8建筑涂料

由于聚乙烯醇、羧甲基纤维和淀粉分子中的亲水性极性基团羟基（OH）易于进入膨润土的层间，而蒙脱石的外表面也牢牢吸附着上述成膜剂分子，因此，膨润土可以提高建筑涂料的耐水性和耐候性。

纳米膨润土质地滑腻，具有很大的触变性，因此纳米膨润土用于涂料的助剂可以使涂料流平性良好，便于涂刷。如果膨润土中的Fe、Mn等杂质含量增多，膨润土则不为白色，而变为红、黄等颜色。因此，彩色膨润土可用于彩色涂料，能节约部分色浆和使色泽保持长久。

纳米膨润土是一种廉价的粘土矿物。用于建筑涂料中不但可以提高涂料的品级，用于生产高档涂料，且可以降低涂料的原材料成本。

3.9酿酒业

3.9.1葡萄酒下胶的材料

纳米膨润土可用于生产葡萄酒下胶的材料。在葡萄酒内添加有机的或无机的不溶性成分，使它和酒中的胶体物质相互作用，形成的絮状体，沉淀到容器的底部，这种澄清葡萄酒的操作叫做下胶。膨润土是下胶材料的一种。葡萄酒遇到下列情况时常常使用膨润土，使酒澄清并稳定酒质：①酒中含有醇母细胞及悬浮的蛋白质等有机成分，妨碍酒的自然澄清；②因金属离子引起酒的混浊；③曾受细菌感染的葡萄酒。

3.9.2低度白酒的除浊

白酒降度后（通常在50℃下），原溶解在酒中的棕榈酸乙酯与油酸乙酯等高级脂肪酸甘油酯因溶解度降低而析出呈混浊状态，严重时发生白色絮状沉淀。为解决低度白酒过程中的生产问题，目前采用的方法有深度冷冻法和吸附法两种。纳米膨润土所具有的特异性能，适用于低度白酒的除浊是将膨润土制成5%悬浮液与低度白酒充分混合，静置澄清一星期后过滤，得澄清透明的酒液。

用纳米膨润土作为低度白酒的除浊剂具有价廉、澄清快、过滤易等优点。

3.10果汁澄清

果汁澄清剂有明胶、蛋清、果胶酶等多种。用膨润土作澄清剂不会因添加过量产生混浊的危险。膨润土因产地、果汁的品种、质量的不同，用量是有差别的。葡萄汁的膨润土用量通常在0.3g / L，凝絮沉淀物的量约为0.5g/L左右。果汁澄清能降低悬浮物和含氮物，对提高原酒质量有利。

3.11蛋白质吸附剂

啤酒是稳定性不强的胶体溶液。在保存过程中，易产生混浊沉淀现象，纳米膨润土是常用的蛋白质吸附剂，它能较为有效地吸附啤酒中部分含氮物，提高了啤酒的非生物稳定性。

3.12其它

膨润土的精细深加工产品很多，如用于油漆、防腐涂料净水剂、净化吸附剂、固体电池、化妆品、防水纸模板、环氧树脂助剂、饲料添加剂、禽畜垫料、微料硅酸钠、膨润土凝胶、冶金行业用的铁矿球团、高级陶瓷、医药品、农用化学品、除垢剂等，例如用于生产稠化矿物油制成的膨润土基润滑滑脂每吨可获利2000元，经济效益很高。

四、膨润土的钠化

国内主要开发的是钙基膨润土纳米材料占90%。钙基膨润土的钠化改型可改善膨润土的物化性能及工艺性能。

4.1钠化原理

钙基膨润土所具有的可交换性Ca2+，当遇到Na+时便发生以下反应，使其转化为钠基膨

润土。以NaF为钠化剂，钠化机理为：

但由于Ca2+的交换场大于Na+，故反应的平衡向左进行，为使反应向右移动，可提高Na+的浓度或降低Ca2+的浓度。

4.2实验

4.2.1试验方法

膨润土的钠化改型方法有两种，一种是直接钠化，另一种是酸化后再钠化改型。常

用的方法为直接钠化法。直接钠化法又分堆场法、悬浮法、挤压法。

堆场法是在原矿或加工后的干粉中，按所需Na量(常为矿石量3％～5％)化成水溶液加入、拌匀、堆放。整个矿石含水量控制在30％左右，堆放时间7～10天，并常翻动拌合，能辗压更好，老化后干燥、磨粉。此法需时长，钠化效果较差。

挤压法是在加入改型剂的同时，施加一定的压力(主要为剪切应力)，使蒙脱石颗粒分开，加速Na+交换Ca2+的过程。同时，在加压过程中可使一部分机械能转化为热能，提高应温度。在加压作用下，晶层之间、颗粒之间产生相对运动而发生分离，增加了钠离子与钙离子的接触面积，有利于钠化。并且挤压亦可使蒙脱石晶体产生部分断键，利于吸附具有相反电荷的Na及蒙脱石水化，改善其水化性能。但工艺实施时需要增加一些设备。

悬浮法是将膨润土和纯碱配成矿浆，液固比为 (1：1) ～(1.8 ：1)。一般要加过量碱，经浸泡打浆后脱水、干燥、粉磨。悬浮法周期短，操作简单，钠化效果好，配合湿法提纯，可提高生产效率。

4.2.2实验过程

（1）原矿提纯：原矿中含有一些长石、石英砂及岩石碎屑。岩石碎屑及大颗粒的砂，可通过手选除去；颗粒较小的杂质，因密度大，可采用重力选矿法除去。具体做法是：将原矿碎块用水浸泡，不断搅拌，并将上部浑浊的液体不断倒入另一个容器中，直至液体清澈；两次除去的杂质占样品质量的15％。将浑浊的液体用真空泵抽滤，过滤水可重复用于浸泡原矿，滤饼待用。

（2）钠化改型：将滤饼与水按1：8的比例制成矿浆，使用不同的钠化剂，在不同钠化剂用量、不同的温度条件下搅拌不同的时间，用真空泵抽滤，将滤饼用恒温干燥箱干燥、球磨机研磨，得钠基膨润土。工艺流程为：原矿→拣选→重力除杂→抽滤→制浆→钠化→抽滤→干燥→研磨→产品。

（3）工艺特点：针对矿石中杂质的性质(密度大及不溶于水)及膨润土在水中易分散成悬浊液的特点，本实验采用悬浮法钠化。一方面可利用杂质与蒙脱石的不同性质，彻底除去杂质；另一方面可借用选矿、研磨的现有设备，工艺中不需增添新的设备，实验过程中的水还可重复使用。通过湿法提纯与湿法钠化相结合，提高了生产效率，降低了生产成本。

膨润土

一、矿物性质 1) 物理性质：膨润土一般为白色，淡黄，因含铁量变化又呈浅灰、淡 绿粉红、褐红、黑杂等色。具蜡状、土状或油脂光泽。膨润土有的松散如土，也有的致密坚硬。 2) 化学组成：膨润土的主要化学组分是二氧化硅，三氧化二铝和水。氧化铁和氧化镁含量有时也较高。此外，钙、钠、钾等常以不同含量存在于膨润土中。膨润土的Na2O 和CaO 含量对膨润土的物理化学性能和工艺技术性能影响颇大。 3) 理化性能：膨润土具有吸湿性，能吸附8-15 倍于本体积的水量。吸水后膨胀，能膨胀数倍，可达30 余倍。在水介质中能分散呈胶体悬浮液，具有一定的粘滞性、触变性和润滑性。它和水、泥或砂等细碎屑物质的掺合物有可塑性和粘结性。有较强的阳离子交换能力，最大吸附量可达5 倍于它的重量，具有表面活性的酸性漂白土能吸附有色物质。膨润土的理化性能主要取决于它所含的蒙脱石种类和含量。一般钠基膨润土较之钙基或镁基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越。主要表现在： 吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大； 阳离子交换量高； 在水介质中分散性好，胶质价高；

它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，PH 值高； 热稳定性好； 有较高的可塑性和较强的粘结性； 热湿拉强度和干压强度高。 所以钠基膨润土的使用价值和经济价值较高。 二、主要用途 由于膨润土具有吸水性、膨胀性、阳离子交换性、触变性、粘结性、吸附性、增稠性、润滑性、稳定性、脱色性等 性能，被广泛应用于各个工业部门。其主要用途是铁精矿球团、钻井泥浆、铸造型砂粘结剂、动植物油脱色净化。 三、产品质量标准 钻井泥浆用膨润土标准，国内现有两个标准可供参照执行，一个是 地矿部部颁标准( 草案，1983 年修订 ) ；另一个是石油部泥浆用钙基膨润土建议指标。这两个标准均参照美国A.P.I 和 O.C.M.A 标准制订。 四、膨润土的加工改型 由于各种膨润土的矿物组成不同，它们的物化性能有很大差异，因而工业利用的和度也不一样。为了改善膨润土的物化性能，提高其工业利用程度，膨润土的加工改型已成为当前膨润土生产的一个值得重视

有机膨润土的制备及其结构表征

Material Sciences 材料科学, 2016, 6(6), 329-333 Published Online November 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/758548906.html,/journal/ms https://www.wendangku.net/doc/758548906.html,/10.12677/ms.2016.66043 文章引用: 薛永丽. 有机膨润土的制备及其结构表征[J]. 材料科学, 2016, 6(6): 329-333. Study on the Preparation and Structure Characterization of Organobentonites Yongli Xue Housing and Urban-Rural Planning Construction Bureau of Wushenqi, Wushenqi Inner Mongolia Received: Oct. 11th , 2016; accepted: Nov. 6th , 2016; published: Nov. 9th , 2016 Copyright ? 2016 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/758548906.html,/licenses/by/4.0/ Abstract This paper is based on the use of artificial Na-bentonite as raw material, cetrimonium bromide (CTAB) as modifier of Na-base bentonite for organic modification. The structure and properties of the Na-bentonites and organobentonites are characterized by means of XRD, FTIR and TG. The results showed that CTAB effectively entered layered structure of bentonite, increasing the layer spacing and providing with a good hydrophobicity, which widened application fields of Na-bentonite. Keywords Bentonite, Organic Modification, Structural Characterization 有机膨润土的制备及其结构表征 薛永丽 乌审旗住房和城乡规划建设局，内蒙古 乌审旗 收稿日期：2016年10月11日；录用日期：2016年11月6日；发布日期：2016年11月9日 摘 要 本文利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对辽宁黑山的Na-膨润土进行有机改性，并利用XRD 、FTIR 和TG Open Access

稀土无机发光材料：电子结构、光学性能和生物应用

中国科学: 化学 2014年第44卷第2期: 168 ~ 179 SCIENTIA SINICA Chimica https://www.wendangku.net/doc/758548906.html, https://www.wendangku.net/doc/758548906.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS 专题论述 稀土无机发光材料: 电子结构、光学性能和生物应用 郑伟, 涂大涛, 刘永升, 罗文钦, 马恩, 朱浩淼, 陈学元* 中国科学院光电材料化学与物理重点实验室; 中国科学院福建物质结构研究所, 福州 350002 *通讯作者, E-mail: xchen@https://www.wendangku.net/doc/758548906.html, 收稿日期: 2013-10-08; 接受日期: 2013-10-31; 网络版发表日期: 2014-01-09 doi: 10.1360/N032013-00041 摘要目前, 稀土无机发光材料在激光、光通讯、平板显示、荧光生物标记和纳米光电子器件等领域具有广泛的应用前景. 稀土离子(从Ce到Yb)是一类性能优异的结构和光谱探针,其在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学. 对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域. 依托研制的低温高分辨激光光谱和上转换量子产率等仪器, 本课题组致力于稀土无机发光材料电子结构与性能研究, 近年来在发光材料的控制合成、电子结构、光学性能及生物应用等方面取得了系列重要结果. 这些研究有望加快实现稀土无机发光材料在生物应用的突破, 实现稀土资源的高值利用. 关键词 稀土发光 电子结构 激发态动力学上转换 荧光生物标记 1 引言 稀土作为我国的战略资源, 实现稀土高值利用和产业链延伸一直是我国稀土产业长期发展的战略目标. 稀土离子是一类性能优异的结构和光谱探针, 稀土离子在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学[1~3], 对稀土发光材料开展深入的光学和光电子学基础研究有助于发现新颖的光学性能或开辟新的应用领域. 依托研制的低温高分辨激光光谱和上转换量子产率等仪器, 本课题组致力于稀土无机发光材料电子结构与性能的研究, 近年来在发光材料的控制合成、电子结构、光学性能及生物应用等方面取得了系列重要结果. 这些研究有望加快实现稀土无机发光材料在生物应用的突破, 实现稀土资源的高值利用. 本文综述了本课题组近年来在稀土发光材料方面的研究工作, 包括发光材料的先进测试平台研制、发光材料的电子结构、激发态动力学与光学性能研究及其生物应用探索. 2 发光材料的电子结构 如何提高发光材料的量子产率和光/热稳定性等光学性能是材料实用化的关键. 稀土离子在不同介质材料中的光学性能主要取决于其局域态的电子结构和激发态动力学. 2.1 低温高分辨激光光谱测试系统的研制 为揭示发光材料的电子结构和激发态动力学, 本课题组研制了低温高分辨激光光谱测试系统. 与光电子材料的研发相比, 我国在高端光谱学测试仪器研制方面相对滞后. 商品化、一体化的荧光光谱仪分辨率 配位化学与功能材料专刊

膨润土的研究进展

膨润土吸附材料在有机污染物控制中的研究进展 李雪飞郑岳青* （宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211） 摘要：由于特殊的天然纳米结构，膨润土改性吸附材料在有机污染物控制与修复中有广阔的应用前景。本文重点评述了膨润土吸附材料对有机污染物的吸附作用机制，构效关系。简要总结其在一些有机污染物的控制作用。并展望了今后的重点研究方向。 关键词：膨润土；吸附材料；有机污染物；污染控制 Adsorption of bentonite materials in organic pollutants control research progress LI Xue-Fei ZHENG Yue-Qing* (Faculty of Material Science and Chemical Engineering , Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang) Abstract:Because of natural peculiar nanometer structure,the bentonite changes nature adsorption material controlling in organic pollutants and having a prospect to apply vastly in renovation. Priority reviews the main body of a book having stated bentonite adsorption material imitating relation to organic pollutants adsorbing mechanism , structure. Brief summary it's the control action in a few organic pollutants. And have looked into the future at priority the days to come studying direction. key word：Bentonite ；Adsorption material ；Organic pollutants ；Contamination control 引言

膨润土矿开发利用方案

宁城县城郊金龙 膨润土矿开发利用方案 赤峰市矿产资源勘查开发技术咨询服务部 二○○三年四月

宁城县城郊金龙 膨润土矿开发利用方案 编写单位：赤峰市矿产资源勘查开发技术咨询服务部拟编：王立明 审核：张忠 总工程师：万力 院长：王文龙 提交单位： 提交时间：二○○年四月

目录 第一章概述 第一节矿区地理位置 第二节自然地理与经济概况 第三节编制依据 第四节项目的前期工作进展 第二章产品的需求现状和预测 第一节产品的需求现状和加工利用趋向第二节产品价格的稳定性及变化趋势 第三章矿产资源概况 第一节区域地质概况及矿区地质 第二节矿床地质特征 第三节矿床水文地质条件及开采技术条件第四节设计利用储量 第四章主要建设方案的确定 第一节建设规模及产品方案 第二节开采方案 第三节防治水方案 第五章矿床开采

第一节露天开采境界的确定 第二节生产能力的确定及矿山服务年限计算 第三节采矿方法 第六章环境保护 第一节废石场的设置 第二节环境影响评价 第三节环保措施 第七章矿山安全 第八章经济评价 一、市场走势 二、经济评价 三、评价结论 附图目录 一、宁城县城郊金龙膨润土矿矿区范围及开拓运输系统1：5000 二、露天采矿采矿方法示意图

第一章概述 第一节矿区地理位置 宁城县城郊金龙膨润土矿位于宁城县城郊镇小马架子村，东与辽宁省建平县、凌源市相毗邻，矿区中心地理座标为： 东经：119°19′22″北纬：41°29′14″ 矿区位于306线国道左侧，距天义镇20公里，距锦—赤铁路线天义镇火车站18公里，距赤峰市133公里，交通较为便利。 第二节自然地理与经济概况 矿区为低丘陵山区，最高海拔高度650米，最低海拔高度600米，相对高差50米，冲沟发育，切割较深。 该区属中温带大陆性气候，寒冷多风，干旱少雨，温差变化大，年最高气温30℃，最低气温-30℃，无霜期140天左右。年平均降水量450mm，蒸发量大于降水量，年蒸发量1751.6mm。 本区经济以农业为主，农作物以玉米、谷子、大豆等为主，劳动力充足。工业相对薄弱，主要为采矿业及相关产业。近年来随着膨润土的开发利用，给当地经济发展带来了新的契机。 第三节编制依据 一、探矿权人委托 探矿权人在探明储量基础上委托我部对划定矿段进行本项目开

膨润土有机改性工艺研究

第27卷第2期2009年6月 河北建筑工程学院学报 JOU RNA L OF HEBEI INSTITU TE OF ARC HITEC TURE AND C IVIL ENGINEERIN G Vol 27No 2June 2009 收稿日期:20081219 作者简介:男,1979年,助工,张家口市,075000 膨润土有机改性工艺研究 安志军1 刘宏波2 李 丹2 赵文娟2 1 张北县华建工程有限责任公司; 2 河北建筑工程学院 摘 要 以新疆托克逊柯尔碱矿区天然钙基土为原料,从原土的结构性能入手直接利用十六烷基三甲基溴化铵作为有机包覆剂来制备有机膨润土.通过对产物的差热分析及粒度、亲疏水性能的测定,探索了有机膨润土制备的影响因素. 关键词 膨润土;有机改性;有机插层膨润土 中图分类号 TU5 0 引言 膨润土是指主要有蒙脱石组成的一种粘土岩,依据其所含蒙脱石主要交换阳离子种类的不同,膨润土可划分为钠基(碱性土)、钙基(碱土型土)、镁基、锂基及氢基膨润土(活性白土)和人工改性的有机质膨润土.我国膨润土资源丰富,且各种类型的膨润土都有,但到目前为止,全国开采利用量还是很低,而价格昂贵的高技术含量膨润土仍以进口为主.有机膨润土石膨润土高层次开发利用的一个方面,是膨润土改性的深加工产品.因为膨润土有许多优点:不溶解于有机溶剂中,但可形成触变性凝胶体;具有亲油疏水性,抗稀酸和碱性,防水和热稳定等性能,能耐150 ~175 高温,因此它能被广泛的应用于各生产和生活领域.有机膨润土的制备一般油湿法、干法和凝胶法3种.通常都是对先对钙基膨润土进行提纯和钠化改型处理后采用不同工艺制成有机膨润土.研究表明,用纯钠基膨润土制备的有机膨润土并不理想,原土中的钠和钙离子有一定的比例,即少量的钠离子被钙离子置换,才能达到最大的膨胀倍数和最快的水合速度.试验证明,钙基膨润土未经钠化处理也可以制备出较好的有机膨润土.在此研究基础上,本文利用新疆托克逊柯尔碱地区的钙基膨润土直接进行有机改性得到有机膨润土,并对制备影响因素进行了分析研究. 1 试验部分 1 1 本试验所用膨润土原料取自新疆托克逊柯尔碱矿区,其主要特点 (1)样品呈灰白色,具土状光泽,有滑腻感,松散如土,有很好的粘结性,干燥后裂成块,其化学成分分析数据如下(%): Mg O,1 45;CaO,3 12;M nO,0 076;Na 2O,1 72;K 2O,2 00;Fe 2O 3,4 94;AL 2O 3,14 64;SiO 2,53 63;烧失量,13 25. (2)将样品制浆发现柯尔碱地区膨润土在水介质中颗粒分散均匀,有很好的悬浮性,吸水量大,吸水膨胀倍数高,亦有很好的润滑性,矿将PH 值约为9. (3)样品膨胀容测定值为20ml/g ,胶质价为195m l/15g. 综合以上三方面的分析可知样品用柯尔碱地区膨润土具有良好的理化性能,尤其是其悬浮性,膨胀容,胶质价都超过一般钙基土.基于样品的优良品质,本试验就直接进行有机改性. 1 2 试验原理 蒙脱石是一种2 1型(即两层硅氧四面体夹一层八面体层)的二八面体层状结构硅酸盐,其结构层间以弱的库仑力结合,使其不仅具有很大表面积而且具备较高的阳离子交换容量和良好的吸附性能.但由于其表面结构极强的吸水性及层间离子的水解,这些特性只能在极性较强的介质如水中才能表现出来.利用有机阳离子置换蒙脱石中可交换的阳离子(如Na +等),使其覆盖于蒙脱石表面,从而堵塞水的

稀土纳米发光材料

《电子信息材料》报告 姓名崔立莹 学号41230179 班级材料1206

稀土纳米发光材料 崔立莹 （北京科技大学材料1206 41230179） 摘要：随着科技的迅猛发展，稀土纳米材料在近几年得到广泛应用。稀土纳米发光材料作为一种重要的稀土纳米材料，与体相发光材料有着明显的区别。本文着重介绍了稀土纳米发光材料的定义、制备、应用以及研究前景。 关键词：纳米；稀土；材料 1、稀土纳米发光材料的定义 纳米材料作为新兴材料种类，近些年来研究进展颇丰。纳米发光材料是指颗粒尺寸在1～100 nm的发光材料,它包括纯的和掺杂离子的纳米半导体复合发光材料和具有分立发光中心的掺杂稀土或过渡金属离子的纳米发光材料。 所谓稀土纳米材料，即稀土掺杂无机纳米材料的优良光学性能（如荧光寿命长、光谱线宽窄、可调谐荧光发射波长等）及其在荧光生物标记等方面的潜在应用，已经引起了国内外学者的普遍关注，有望成为替代分子探针的新一代荧光生物标记材料[1]。 稀土发光材料的种类繁多，可以按照不同的方式进行分类，若按发光材料中稀土的作用分类，可以分为两类：１．稀土离子作为激活剂在基质中作为发光中心而掺入的离子称为激活剂。以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中最为重要的一类。２．稀土化合物作为基质材料常见的可作为攮质材料的稀七化合物有Ｙ２０３、Ｌａ２０３和Ｇｄ２０３等。 2、稀土纳米发光材料的制备[2] 为了制备具有良好发光性能的发光粉,人们尝试了各种方法。而随着交叉学科的发展和新技术的出现,发光材料的合成面临着不可多得的机遇和挑战,各种制备发光粉的方法更是层出不穷,各以其独特优点为发光材料的发展发挥着巨大

膨润土

1 饱和膨润土及其与砂混合物的压缩变形特性 [期刊论文] 《岩土力学》ISTIC EI PKU -2009年11期孙文静，孙德安，孟德林，SUN Wen-jing，SUN De-an，MENG De-lin 对用不同制样方法得到的饱和膨润土及其与砂混合物进行了压缩试验.试验结果表明,饱和膨润土的压缩曲线呈双线性,不同于普通黏土的压缩曲线.压缩试验中量测了侧向应力,由此得到的饱和膨润土的静止侧向压力系数值较一般黏... 关键词：饱和膨润土膨润土与砂混合物压缩曲线侧向应力浸水膨胀试验骨架孔隙比 saturated bentonite sand-bentonite mixtures compression curve lateral stress swelling test skeleton void ratio 查看全文 - 下载全文 - 导出 - 引用通知 2 钠基膨润土防水毯在国贸三期地下工程中的应用 [期刊论文] 《中国建筑防水》-2007年3期周竞天，Zhou Jingtian 介绍了钠基膨润土防水毯在北京国贸三期地下防水工程中的施工工艺,并对工程各构造部位的防水设计方案及质量监控要点作了阐述. 关键词：地下工程钠基膨润土防水毯底板桩头膨润土密封膏膨润土防水粉 查看全文 - 下载全文 - 导出 - 引用通知 3 地下工程使用的膨润土防水技术新发展(被引用 8 次) [期刊论文] 《水利水电科技进展》ISTIC PKU -2002年4期鞠建英 简要介绍国内外用膨润土(天然纳米材料)作为防水材料的技术发展概况.重点介绍膨润土毯、膨润土板的应用技术及其优点、特性.这些产品已在国内外大量使用,并已代替或可能代替地下工程防水的其他材料. 关键词：膨润土蒙脱石天然纳米材料膨润土板膨润土毯止水条 查看全文 - 下载全文 - 导出 - 引用通知 4 天然钠基膨润土在防水工程上的应用鉴别 [会议论文] 张启凤，高嵩，2006 - 2006中国防水工程技术论坛 笔者通过本文旨在以简捷、有效的方法,告知用户如何鉴别地应用"天然钠基膨润土"于地铁、隧道、垃圾填埋场、高层建筑地下、人工湖等防渗工程上,以便为用户节约人力、物力、财力,确保防渗工程达到"百年大计,质量第一"。 关键词：天然钠基膨润土防水工程膨润土防水毯人工改性钠化膨润土防渗工程 导出 5 两种膨润土的土-水特征曲线 [期刊论文] 《岩土力学》ISTIC EI PKU -2011年4期孙德安，孟德林，孙文静，刘月妙，SUN De-an，MENG De-lin，SUN Wen-jing，LIU Yue-miao 用滤纸法和压力板法对Kunigel-V1和高庙子两种膨润土进行试验研究,量测不同孔隙比情况下的土-水特征曲线,研究土-水特征曲线与孔隙比之间的关系以及两种膨润土的土-水特性.试验结果表明:用吸力与含水率的关系表示土-水特... 关键词：Kunigel-V1膨润土高庙子膨润土土-水特征曲线滤纸法高放废物 查看全文 - 下载全文 - 导出 - 引用通知 6 膨润土的改性及在废水处理中的应用研究进展(被引用 3 次) [期刊论文] 《水处理技术》ISTIC PKU -2009年5期晏得珍，何玉凤，王艳，王荣民，Yan Dezhen，He Yufeng，Wang Yan，Wang Rongmin 介绍了膨润土的结构与基本性质,探讨了近年来对膨润土的活化、有机改性、无机改性,及无机/有机复合改性方法,以及改性膨润土在含重金属离子废水、有机废水及含磷废水中的应用研究进展,并指出目前膨润土在环境应用中存在的问...

膨润土中国矿业网

膨润土 膨润土的广泛定义为“主要由蒙脱石类矿物组成的岩石，不考虑成因和产地”。与蒙脱石经常伴生的粘土矿物有伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、水铝英石以及一些间层粘土矿物。伴生的非粘土矿物有石英、长石、沸石、石膏、方解石、黄铁矿、氧化铁矿物以及岩屑等。膨润土还常有钾、钠、钙、镁的盐类矿物。 膨润土( Bentonite )一词源于1898年美国怀俄明州一粘土产地名。中国出现的译名有斑脱岩、搬土、皂土、膨土岩等名称。 膨润土是人类利用最早的矿产之一，古代主要用于制陶。近代工业有十分广泛的用途，铸造、能源、钻探、造纸、化工、建筑、医药、纺织等几十个部门，与膨润土有关的产品多达400~500种，被誉为万能的矿物原料，因此在国民经济中有独特的作用。 一、矿石矿物原料特点 膨润土矿的颜色有白色、乳酪色、淡灰色、淡黄绿色、淡红色、褐红色以及黑色、斑杂色等。油脂光泽、蜡状光泽，有的为土状光泽。断口常为贝壳状或锯齿状。结构构造多种多样，有块状、微层纹状、角砾状、土状及斑杂状构造；泥质结构为主，尚有变余火山碎屑、角砾凝灰及粉砂状结构。 膨润土的主要矿物成分是蒙皂石(Smectite)族矿物，为有益组分。蒙皂石族矿物包括二八面体和三八面体两个亚族，而膨润土所含通常为二八面体亚族中的矿物，有以下三种矿物：蒙脱石E+0.33(Al1.67Mg0.33)S i4O10(OH)2·nH2O 贝得石E+0.33Al2(Si3.67Al0.33) O10(OH)2·nH2O 绿脱石E+0.33Fe3+2(Si3.67Al0.33) O10(OH)2·nH2O 其中E+为可交换的层间阳离子。 二八面体亚族的晶体化学通式为：M u+V+Z(Al x Fe y3+Mg z)2.00(Si4-(u+v)Fe v3+、Al u)O10(OH)2·nH2O。式中u+v+z为层间电荷，蒙脱石一般为22，贝得石的y、v、z为零，绿脱石v、x、z为零。 某些膨润土以三八面体亚族中的皂石(一种含镁的蒙皂石)和锂蒙脱石(含锂和镁的变种)为主要矿物成分。 膨润土中常混杂有非蒙皂石族的矿物，含量不等。混杂成分可归为三类：其他粘土矿物，例如高岭石和伊利石；粒状及片状硅酸盐矿物和岩屑；可溶性盐类。非蒙皂石族矿物及各种杂质对膨润土的物理化学性能有明显的影响，因此为有害组分。 膨润土的性能由所含矿物成分而定。二八面体蒙皂石的端员成分之一蒙脱石属于单斜晶系，晶胞参数：a0=0.517nm，b0=0.894nm，c0=0.96~1.52nm．。化学成分：SiO2 48%~56%，Al2O3 11%~22%，Fe2O3 0%~5%，MgO 4%~9%，CaO 0.8%~3.5%，H2O 12%~24%。此外还含有K2O、Na2O、MnO、FeO、TiO2、P2O5、Cl和CO2等。矿物颗粒细，在电子显微镜下可见到片状、球状、海绵状等集合体形状。 蒙脱石具有离子交换性能，主要是阳离子如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Li+、H+、Al3+等，交换是可逆的。在pH为7的介质中阳离子交换容量为70~140me/100g。 蒙脱石通常含有三种状态的水，表面自由水，层间吸附水和晶格水。蒙脱石吸水性很强，吸水后膨胀，即晶格底面间距增大，在高水化状态时晶轴C0可达1.84~2.14nm。蒙脱石在水介质中可分散呈胶体状态。蒙脱石受热自由水很快失去，100~200℃脱去吸附水，500℃时大量晶格水开始逸出。 蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66；破键产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。 膨润土根据所含蒙皂石族矿物的属型而相应划分。蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量超过阳离子交换容量(ΣEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ΣEC≥50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/ΣEC≥50%)、铝基蒙脱石(EAl3+/ΣEC≥50%)。当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。膨润土有以上相应的名称。钠基膨润土又命名碱型土，吸水后高度膨胀。钙基膨润土又名碱土型土，吸水后膨胀不太大。

有机膨润土制备及结构变化探讨

【试验研究】 有机膨润土制备及结构变化探讨 何雪寒，李春生，许凤林，刘清辉 （浙江省地质矿产研究所，杭州 ３１０００７） 摘要：以钙基蒙脱石为原料，经钠化后与十八烷基三甲基氯化铵进行离子交换反应，合成蒙脱石有机络合物。考察了反应温度、反应时间、改性剂用量、改性体系ｐＨ值等因素对有机土性能的影响，并用Ｘ－射线衍射对样品的结构变化进行了表征。 关键词：有机膨润土；性能；蒙脱石；季铵盐 中图分类号：Ｐ６１９．２５５；ＴＢ３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９３８６（２００７）０３－００３９－０２ Study on Preparation and Structure Alteration of Organobentonite He Xuehan, Li Chunsheng, Xu Fenglin, Liu Qinghui (Zhejiang Institute of Geology & Mineral Resources, Hangzhou 310007) Abstract: Montmorillonite-organic complex has been synthesized by means of the ion exchange reaction using the octadecyl trimethylamine and treated Ca-bentonite with sodium carbonate. The effect on performance of the organobentonite for reaction temperature, reaction time, modifer dosage and pH have been studied, and character of modified organic bentonite was measured with XRD. Key words: organobentonite; perfomance; montmorillonite; quaternary ammonium salt 蒙脱石的结构特点是以层片状集合体为主， 在水等强极性溶剂中可以发生解离。但由于具有 较强的亲水性，在应用方面受到一定限制。如通 过季铵盐型表面活性剂与膨润土晶片层间可交换 阳离子之间的离子交换反应，使有机阳离子进入 膨润土晶片层间，促使片层一定程度的解离，则 成为膨胀型有机粘土，可以在有机溶剂中膨胀、 分散形成有机胶体或凝胶。有机粘土在保持了原 有的无机结构的基础上，因含有一定的弱极性碳 链而具有良好的亲油性，既可在含水的强极性体 系中应用，也可用于极性较弱的油性介质中。这 类分散体由于具有良好的触变性、增稠性、悬浮 性和溶胶稳定性，从而被广泛用作油漆、油墨、 涂料的防沉剂、流变剂、石油钻井泥浆增稠剂、 日用化工产品的稳定剂［１］等。通过对钙基蒙脱石进 行有机改性，并对改性条件进行优化，用Ｘ－射线 衍射对样品改性前后的结构变化进行了考察，获 得了具有较好分散性的产品。 １ 实验部分 １．１ 实验原料 膨润土矿样：辽宁某膨润土矿提纯土，伴生杂 质矿物为石英、方解石及有机质。蒙脱石形态呈团 块状，以层片状集合体为主。其主要化学成分（％）： ＳｉＯ ２６４．２４；Ａｌ ２ Ｏ ３ １８．０１；Ｆｅ ２ Ｏ ３ ２．４１；ＴｉＯ ２ ０．３５； Ｋ２Ｏ０．３９；Ｎａ ２ Ｏ０．３７；ＣａＯ３．８５；ＭｇＯ５．６１。物理性 能：交换容量（ＣＥＣ）１．０２１ｍｍｏｌ／ｇ；吸蓝量： １．４３ｍｍｏｌ／ｇ（按经验公式系数１．５０，折算蒙脱石含量 为９５．３％）；胶质价５．６７ｍＬ／ｇ；膨胀容１３．５ｍＬ／ｇ； ｐＨ值８．４０。 改性剂：十八烷基三甲基氯化铵（１８３１），浙江 安吉丰虹公司生产，工业品，配制成０．４５ｍｏｌ／Ｌ； Ｎａ ２ ＣＯ ３ ，配制成１ｍｏｌ／Ｌ。Ｈ ２ ＳＯ ４ 配制成１ｍｏｌ／Ｌ。 １．２ 样品制备 实验设计：影响改性过程的因素，主要有季铵盐 加入量、反应温度、反应时间、反应介质ｐＨ值，以 粘度作为主要评价指标，评定各因素的影响及进行改 性条件优化。并利用ＸＲＤ判断改性前后的结构变化。 实验方法：将一定固液比（２０∶３５０）的蒙脱石试 验样，经高速搅拌，分散均匀后，加入１ｍｏｌ／Ｌ Ｎａ ２ ＣＯ ３ 水溶液进行钠化后，调节体系ｐＨ值，加入 １８３１溶液进行离子交换反应。反应结束后，经过洗 涤、离心分离，在８０℃干燥，研磨，得到成品。 １．３ 性能测试及样品表征 １．３．１ 粘度 按照ＨＧ／Ｔ２２４８－９１［２］方法，旋转粘度计采用 ＮＤＪ－７９型。 １．３．２ ＸＲＤ分析 采用日本理学Ｒｉｇａｋｕ　Ｄ／ＭＡＸ－ｒＡ衍射仪，管 电压４５ｋＶ，管电流８０ｍＡ，Ｃｕ靶：石墨单色器滤 波，扫描速率５°／ｍｉｎ。

有机膨润土的制备及结构表征

２００８年第３期 中国非金属矿工业导刊 总第６８期【试验研究】 有机膨润土的制备及结构表征 叶力佳，刘建远 （北京矿冶研究总院，北京 １０００４４） 摘要：以内蒙古赤峰钙基膨润土为原料，研究了将提纯—钠化—有机插层改性结合在一起的制备有机膨润土的联合处理工艺。通过Ｌ ９ （３４）正交试验确定了影响膨润土有机化的主要因素，确定了最佳工艺条件，并通过Ｘ－射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜等分析手段对有机膨润土的微观结构进行了表征。 关键词：膨润土；提纯；钠化；有机膨润土；正交试验；表征 中图分类号：Ｐ６１９．２５５；ＴＤ９７５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９３８６（２００８）０３－００３１－０３ Study on Preparation and Structure Characterization of Organobentonite Ye Lijia, Liu Jianyuan (Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 100044,China) Abstract: The organobentonite was prepared through purification, Na-activation and organic modification of Ca-bentonite from Chifen, Inner-Mongolia. The optimal technological conditions of the organic modification were found by orthogonal test design of L 9 (34). The microstructures of organobentonite were characterized by XRD, FT-IR and SEM. Key words: bentonite; purification; Na-activation; organobentonite; orthogonal test design; structure characterization １ 引言 膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的铝硅酸盐，其结构是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体构成的２∶１型晶体结构。由于八面体中部分Ａｌ３＋被Ｍｇ２＋置换，四面体中部分Ｓｉ４＋被Ａｌ３＋置换，故膨润土层状结构间带有永久性负电荷，含有Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等可交换阳离子，可通过与其他阳离子的交换反应生成各种改性产物［１］。 有机膨润土的主要特性是在有机介质中表现出溶胀性、高分散性和触变性，广泛应用于涂料、石油钻井、油墨、灭火剂、高温润滑剂等领域，高纯度的有机膨润土还应用在聚合物／纳米复合材料中。膨润土有机插层改性是通过离子交换来完成的，以有机阳离子（季铵盐等）与膨润土层间的可交换阳离子发生离子交换，使有机基团覆盖于膨润土层间表面，改变其表面性能，从而使膨润土由亲水疏油改变为亲油疏水的有机膨润土，并与大多数有机溶剂和高分子具有良好的亲和性，经过有机化以后，膨润土的层间距由１ｎｍ左右增至几纳米、十几纳米或更大［２］。本文以内蒙某地钙基膨润土原料，经提纯、钠化制得高纯钠基膨润土，再以十六烷基三甲基溴化胺为插层改性剂，通过正交试验对改性条件进行优化，并对制备的有机膨润土的结构变化进行了表征。２ 试验部分 ２．１　仪器与试剂 主要仪器：仪表恒温水浴锅、ＳＸＪＲ－１型数显值流无极调速搅拌器、ＡＲ２１３０电子天平（精度０．００１ｇ）、ＨＩ９８１２８型酸度计、恒温烘箱、ＬＤ４－２Ａ离心机、ＰＥＲＫＩＮ－ＥＬＭＥＲ６８３红外光谱仪、日本理学Ｒｉｇａｋｕ　Ｄ／ＭＡＸ－ＲＡ衍射仪，管电压４５ｋＶ，管电流８０ｍＡ，Ｃｕ靶：石墨单色滤波，扫描速度５°／ｍｉｎ、德国ＬＥＯ１４３０ＶＰ型扫描电镜。 主要试剂：十六烷基三甲基溴化胺、无水碳酸钠、六偏磷酸钠，盐酸、氢氧化钠等，以上试剂均为分析纯。 ２．２　有机膨润土制备试验步骤 膨润土原矿取自内蒙古赤峰的钙基膨润土。２．２．１　膨润土的提纯 取一定量的膨润土原矿（－０．０７４ｍｍ）置于烧杯中加入一定量的水，配成一定浓度的泥浆强力搅拌０．５ｈ，再静置１０ｍｉｎ倾出悬浮液，弃去粗渣；在倾出的悬浮液中加入分散剂充分搅拌１．５ｈ，静置２４ｈ，倾出上层悬浮液，离心过滤，烘干得膨润精土。２．２．２　膨润土的钠化改性 取钙基精土称重并置于钠化槽中，加去离子水配成一定浓度的浆液，搅拌下加入相当于钙基精土质量１５％的碳酸钠晶体，在７５℃下钠化１～２ｈ，再离心， ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ

腐植酸有机改性膨润土及其应用研究

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Keywords (1) 引言 (1) 1膨润土和腐植酸的结构及性能 (2) 1.1膨润土的结构 (2) 1.2腐植酸的结构 (2) 2膨润土的吸附原理 (2) 2.1物理吸附 (2) 2.2化学吸附 (3) 2.3离子交换吸附 (3) 3有机改性膨润土 (3) 3.1有机改性膨土的性能 (3) 3.2腐植酸改性膨润土 (4) 4 改性膨润土的应用 (4) 4.1环保材料 (4) 4.2催化剂及载体 (4) 4.3石油钻井、铸造和冶金材料 (5) 4.5农业、畜牧业材料 (5) 4.6其他用途 (5) 5 结语 (6) 参考文献 (6)

腐植酸有机改性膨润土及其应用研究 摘要：本文主要介绍了膨润土、腐植酸的结构，讨论了膨润土物理吸附、化学吸附、离子交换吸附的原理。通过有机改性膨润土的特点，制备腐植酸改性膨润土，进而研究改性膨润土的应用。 关键词：腐植酸;膨润土;改性膨润土；应用 Abstract:This article mainly describes the structure of bentonite, humic acid, discusses the modified principle of bentonite ,such as: physical adsorption,chemical adsorption, ion-exchange adsorption. Through the characteristics of organic modified bentonite, we make of humic acid modified bentonite and study on the application of modified bentonite. Keywords:humic acid ;bentonite; modified bentonite；application 引言 膨润土是一种片层结构的硅酸盐，主要成分是蒙脱石，其层间的阳离子易被交换，具有很大的离子交换容量。根据蒙脱石层间可交换阳离子种类、含量将膨润土划分为钠基膨润土、钙基膨润土、镁基膨润土和铝(氢)基膨润土，膨润土具有膨胀性、吸附性、阳离子交换性、悬浮性和分散性等优异性能［1］。我国膨润土资源十分丰富,预测资源量在80亿吨以上，居世界首位，占世界总量的60%，但由于钙基者多，蒙脱石含量偏低，而采选加工方法较简单，产品质量受到影响，对外贸易中处于低出高进局面，导致其应用范围受到限制［2］。 腐植酸是自然界植物残体经腐烂分解后的产物，是一种大分子有机弱酸混合物，广泛存在于土壤有机质、泥炭、褐煤、风化煤以及湖泊和海洋沉积物中，它在水中呈高分子电解质和弱酸的特性，可吸附水中可溶性有机物、重金属离子等，对水环境中金属离子的络合、有机化合物的迁移与转化、水处理中消毒副产物的形成、氧化还原作用等都有重要影响。 近年来，有关膨润土、腐植酸吸附重金属离子的研究已有报道，膨润土可与土壤中的腐植酸等有机物相互作用，形成有机-无机复合体，从而改变其原先吸附重金属的性能[3]。加强和加快这种腐植酸-膨润土复合体资源的开发应用,具有

各种膨润土的性能及其综合利用现状

各种膨润土的性能及其综合利用现状 膨润土又名膨土岩、斑脱石，是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物, 其化学成分相当稳定, 被誉为“万能石”。蒙脱土(Montmorillonite )是属于蒙脱土族的矿物，蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一, 但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大, 这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁) 氧(氢氧) 八面体片, 构成2:1型含结品水的硅酸盐矿物。是粘土类矿物大家庭中品体结构变异最强的矿物之一。通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度己接近纳米级, 是天然纳米材料。 1 主要类型及用途 我国的膨润土资源极为丰富, 遍布26 个省市, 储量世界第一。目前我国膨润十发展较快, 应用已达24个领域。2000 年我国膨润十年产量为250万吨,2003年我国膨润土年产量已超过290万吨, 其中铸造业占38%; 钻井泥浆占24%; 铁矿球团占16%; 活性白土占15% ; 剩余7% 主要消费在轻工、农业、建筑等领域, 尽管这部份领域用量小, 但价值高, 经济效益好。 天然膨润十一般多为钙基膨润土, 其物化性质不甚理想, 如将其加工成钠基膨润土、提纯膨润土、颗粒膨润土、有机膨润土、活性白土(颗粒白土)、白炭黑等膨润土深加工产品, 可广泛用于石油化工、油脂、医药、建筑、日化、纺织、涂料、冶金、环保等各领域中。 1.1 钠基膨润土 自然界产出的膨润土, 绝大部分为钙基膨润土。钙基膨润土较钠基膨润土性能差, 所以生产厂常用人工钠化的方法将钙基膨润土改型为钠基膨润土。钠基膨润土在铸造行业、钻井泥浆、铁矿球团、干燥剂、污水处理、建筑工程防水材料、涂料等7种行业需求用量较大。 铸造用膨润土是钠基膨润土最大的用户, 每年用量不少于110万吨。钠基膨润土以其复用性好和湿压强度高而受铸造行业所欢迎。因具有良好的可塑性, 可防止铸件夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等现象, 加之成型性强、型腔强度高, 便于金属行业浇铸湿态或干态型模, 是精密铸件首选的型砂粘结剂。 钻井泥浆用膨润土是钠基膨润土第二大的用户,每年用量不少于70万吨。在进行油、气钻井等项工作时, 要使用泥浆来冷却钻头、清除碎屑、保护井壁及平衡地压。膨润土具有强烈的吸水性, 能吸收相当于本身体积8 倍的水, 体积膨胀10-30倍, 在水溶液中呈悬浮和胶凝状态, 分散性好、出浆量大, 因此是制造钻井泥浆的理想材料。 铁矿球团用膨润土是膨润土第三大的用户, 每年用量为45 万吨。铁矿球团用膨润土是现代冶金工业的重要辅料之一, 将精矿铁粉加适量膨润土和水混合后在造球机中滚动成球状, 然后干燥预热、焙烧结成有高强度的球团再进行冶炼。 膨润土可作浑浊水的澄清剂、被污染水的防水剂、污水处理剂等。用膨润土处理印染废水、煤气洗涤废水、味精厂等废水、废物, 去除率达95%。在水库上游撒膨润土可使水库不洁物质絮凝沉入库底经生物净化加以处理。圈养动物场和屠宰场、水产加工场产生的污水、臭气对环境有害, 可在这些场所撒膨润土, 回收高效肥料。 利用膨润土的润滑性、粘结密封性、增稠性及胶凝性制成泥浆, 用于各种土壤作业的衬壁防渗, 如隔墙建造、灌浆、沉箱、打桩、土地防渗、水泥及混凝十施工添加剂, 污水处理及隧道盾构润滑等。用膨润土防渗层铺河道, 可把有限的水引向远方。膨润土防水层可用天然钠基膨润土粉直接铺设, 也可以用膨润土与当地十搅拌夯实, 也可以将膨润土夹在两层织物之间形成防水(渗) 毯(板) , 快速修建起储水池、储水窑、输水渠。 膨润土可作防水材料, 如瓦楞纸板填料、两层无纺布中间夹膨润土的防水毡和一层无纺布一层塑料板中间夹膨润十的双重防水板, 该材料己在地铁、大坝底部、垃圾填埋场地下工

中国膨润土矿物资源概况

膨润土矿物资源概述 膨润土的广泛定义为“主要由蒙脱石类矿物组成的岩石，不考虑成因和产地”。与蒙脱石经常伴生的粘土矿物有伊利石、高岭石、埃洛石、绿泥石、水铝英石以及一些间层粘土矿物。伴生的非粘土矿物有石英、长石、沸石、石膏、方解石、黄铁矿、氧化铁矿物以及岩屑等。膨润土还常有钾、钠、钙、镁的盐类矿物。 膨润土( Bentonnite )一词源于1898年美国怀俄明州一粘土产地名。中国出现的译名有斑脱岩、搬土、皂土、膨土岩等名称。 膨润土是人类利用最早的矿产之一，古代主要用于制陶。近代工业有十分广泛的用途，铸造、能源、钻探、造纸、化工、建筑、医药、纺织等几十个部门，与膨润土有关的产品多达400~500种，被誉为万能的矿物原料，因此在国民经济中有独特的作用。 一、矿石矿物原料特点 膨润土矿的颜色有白色、乳酪色、淡灰色、淡黄绿色、淡红色、褐红色以及黑色、斑杂色等。油脂光泽、蜡状光泽，有的为土状光泽。断口常为贝壳状或锯齿状。结构构造多种多样，有块状、微层纹状、角砾状、土状及斑杂状构造；泥质结构为主，尚有变余火山碎屑、角砾凝灰及粉砂状结构。 膨润土的主要矿物成分是蒙皂石(Smectite)族矿物，为有益组分。蒙皂石族矿物包括二八面体和三八面体两个亚族，而膨润土所含通常为二八面体亚族中的矿物，有以下三种矿物： (Al1.67Mg0.33)S i4O10(OH)2·nH2O 蒙脱石E+0 .33 Al2(Si3.67Al0.33) O10(OH)2·nH2O 贝得石E+0 .33 Fe3+2(Si3.67Al0.33) O10(OH)2·nH2O 绿脱石E+0 .33 其中E+为可交换的层间阳离子。 二八面体亚族的晶体化学通式为：M u+V+Z(Al x Fe y3+Mg z)2.00(Si4-(u+v)Fe v3+、Al u)O10(OH)2·nH2O。式中u+v+z为层间电荷，蒙脱石一般为22，贝得石的y、v、z为零，绿脱石v、x、z为零。 某些膨润土以三八面体亚族中的皂石(一种含镁的蒙皂石)和锂蒙脱石(含锂和镁的变种)为主要矿物成分。 膨润土中常混杂有非蒙皂石族的矿物，含量不等。混杂成分可归为三类：其他粘土矿物，例如高岭石和伊利石；粒状及片状硅酸盐矿物和岩屑；可溶性盐类。非蒙皂石族矿物及各种杂质对膨润土的物理化学性能有明显的影响，因此为有害组分。 膨润土的性能由所含矿物成分而定。二八面体蒙皂石的端员成分之一蒙脱石属于单斜晶系，晶胞参数：a0=0.517nm，b0=0.894nm，c0=0.96~1.52nm．。化学成分：SiO2 48%~56%，Al2O3 11%~22%，Fe2O3 0%~5%，MgO 4%~9%，CaO 0.8%~3.5%，H2O 12%~24%。此外还含有K2O、Na2O、MnO、FeO、TiO2、P2O5、Cl 和CO2等。矿物颗粒细，在电子显微镜下可见到片状、球状、海绵状等集合体形状。 蒙脱石具有离子交换性能，主要是阳离子如Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Li+、H+、Al3+等，交换是可逆的。在pH为7的介质中阳离子交换容量为70~140me/100g。 蒙脱石通常含有三种状态的水，表面自由水，层间吸附水和晶格水。蒙脱石吸水性很强，吸水后膨胀，即晶格底面间距增大，在高水化状态时晶轴C0可达1.84~2.14nm。蒙脱石在水介质中可分散呈胶体状态。蒙脱石受热自由水很快失去，100~200℃脱去吸附水，500℃时大量晶格水开始逸出。 蒙脱石具有电负性，对胶体性质和流变性能影响很大。电负性主要来自三方面：晶格置换连同内部的补偿置换形成的晶格静电荷，每个晶胞约为0.66；破键产生的电负性；八面体片解离形成的电负性。 膨润土根据所含蒙皂石族矿物的属型而相应划分。蒙脱石以其层间可交换阳离子的种类、含量划分属型，当某一阳离子的含量超过阳离子交换容量(ΣEC)50%时，即以该阳离子命名，例如钠基蒙脱石(ENa+/ΣEC≥50%)、钙基蒙脱石(ECa2+/ΣEC≥50%)、铝基蒙脱石(EAl3+/ΣEC≥50%)。当层间没有一个阳离子含量超过50%交换容量时，则以含量最多的两个阳离子命名，如钙钠基蒙脱石、钙镁基蒙脱石等等。膨润土有以上相应的名称。钠基膨润土又命名碱型土，吸水后高度膨胀。钙基膨润土又名碱土型土，吸水后膨胀不太大。