如何进行膨润土的化学改性
膨润土的化学改性通常是通过物理、化学或机械等方法对膨润土表面进行处理,以改变其矿物表面的物理性质和化学性质,从而满足在不同技术和领域中的应用需求。以下是膨润土常见的化学改性方法:
一、钠化改性
膨润土钠化改性是利用Na+与Al、Mg的结合强度大于Ca2+与Al、Mg的结合强度,通过Na+取代膨润土层间的Ca2+而达到钠化改性的目的。一般方法是在钙基膨润土中加入钠盐(通常是Na2CO3),使其发生离子变换反应。钠化改型主要有悬浮液法(湿法)、堆场钠化法(陈化法)、挤压法等。常用的钠化剂有NaF、Na2CO3、NaCl、NaNO3、NaSO4等。
二、锂化改性
人工锂化是用锂离子置换蒙脱石层间可交换的Ca2+或Mg2+等阳离子,将钙基膨润土改型为锂基膨润土,一般用Li2CO3进行改型。锂盐的加入量直接关系到改型效果,根据膨润土原料的阳离子交换容量确定锂盐的加入量,一般不超过5%。锂基膨润土在水中、低级醇及低级酮中有优良的膨胀性、增稠性和悬浮性,因而被广泛用于建筑涂料、乳胶漆、铸造涂料等产品中,取代各种有机纤维素悬浮剂。
三、酸浸改性
酸改性法主要是利用不同类型和浓度的酸对膨润土进行浸泡,酸液可以将层间金属阳离子溶出,置换成体积更小和价态更低的H+,使层间范德华力减小,层间距增大;另一方面可以去除通道中的杂质,从而扩大比表面积。常用的酸改性剂有H2SO4、HCl、CH3COOH等。经酸化后的膨润土孔容积和比表面积都有很大的改变,吸附点位也增加,因此具有较强的化学活性和吸附性。
四、焙烧活化改性
焙烧改性法是将膨润土在不同温度下进行煅烧,膨润土在高温煅烧的情况下会依次失去表面水、骨架结构中的结合水、孔道中的有机物污染质,引起孔隙率增加,结构更为疏松,比表面积变大,使得吸附性能得到一定的改善。但需要注意的是,当焙烧温度过高时,高温会对膨润土结构造成破坏,使其空隙率降低,吸附性能下降。
五、有机改性
有机改性法的基本原理是将膨润土有机化,利用有机官能团或有机物来取代膨润土层间可交换阳离子或结构水,进而形成以共价键、离子键、偶合键或者以范德华力结合的有机复合物膨润土。有机改性剂通过离子交换作用与膨润土中的钙或钠等阳离子发生离子交换作用,从而将有机成分引入膨润土,改性后的膨润土从亲水疏油性变成亲油疏水性。常用的有机改性剂有阴、阳离子表面活性剂,其中包括十八烷基三甲基溴(氯)化铵、十六烷基三甲基溴(氯)化铵、十六烷基二甲基苄基溴(氯)化铵、氯化十六烷基吡啶、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。有机插层膨润土比较常用的制备方法有干法、湿法、预凝胶法以及微波合成法等。
六、无机柱撑改性
无机改性是通过在膨润土层间形成无机柱状结构从而扩大层间距,提高比表面积,在层间形成二维孔网结构,同时还使膨润土在高温环境中不至塌陷,提高其热稳定性。在改性过程中多选用Al3+、Ti4+、Mg2+、Fe3+等聚合羟基阳离子作为柱撑剂,首先用碱液水解上述金属离子盐得低聚羟基阳离子作为柱化液;然后利用膨润土的阳离子交换作用将柱化液中的低聚羟基阳离子交换进膨润土层间;最后通过加热脱羟基在层间形成多孔柱状金属氧化物,再经过磨粉等步骤便得到了无机柱撑膨润土。无机柱撑膨润土在催化、吸附领域有广泛应用。
七、无机/有机复合改性
无机/有机复合改性法是利用膨润土的层间隙比较大以及阳离子可交换性的特点,主要是先用无机聚合物将其层间域撑开,再通过活化剂把膨润土的表面性质进行改变的方法。常用的制备方法先采用多羟基阳离子处理膨润土,使得膨润土的层间域增大,导致电荷反转,然后再加入有机表面活化剂促使其表面性质发生改变。
八、微波改性
微波改性原理是通过利用频段在300Hz~300GHz之间的微波对膨润土进行处理,使其活化。微波处理具有穿透性强、加热均匀、操作安全简单、耗能少、效率高等优点,与传统的酸化法、焙烧法结合使用效果更好。微波具有强烈的热效应,是表面和内部同时进行的体加热,不需热传导和对流,没有温度梯度,体系受热均匀,升温迅速。微波加热可降低反应活化能,缩短反应时间,提高反应选择性。经微波辐射制备的改性膨润土连续性更好,粒度分散更加均匀,孔道、表面积进一步增大,能提高膨润土的吸附性能。
九、超声波改性
超声波改性在短时间内会使膨润土结构疏松,层间距变大,有害的重金属离子更易进入;长时间超声会使膨润土晶体片层表面的Si-O-Si键发生变化,增加金属离子与膨润土表面铝氧位的接触机会,使膨润土对金属离子的专性吸附有所增强。
综上所述,膨润土的化学改性方法多种多样,可以根据具体的应用需求和膨润土的性质选择合适的改性方法。
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