鈉基蒙脫石預處理

呂秀玲,張彩文,馮曉健

(河北理工大學研究生學院,河北 唐山 063009)

膨潤土是蒙脫石為主要礦物的多礦物集合體。我國膨潤土資源十分豐富,資源總儲量在 75億噸以上,探明儲量 23.3億噸[1],居世界首位。隨著柱撐蒙脫石研究的廣泛開展,人們越來越傾向于將膨潤土用于制作柱撐蒙脫石原料,為膨潤土開拓出具有高附加值的新用途。

1 以膨潤土為原料制備鈉基蒙脫石

實驗用膨潤土系東北某地產膨潤土。配制濃度為10%的NaCl溶液,將膨潤土浸泡于這三種溶液中,待膨潤土沉降后,測上清液的電導率。棄去清液,重新浸泡,再測上清液的電導率,如此反復,直至上清液的電導率不發(fā)生變化,停止浸泡,過濾并棄去清液,得到鈉基膨潤土。

將鈉基膨潤土分散于水中時,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顆粒所需的沉降時間,可以由斯托克斯公式求出:

其中:t——沉降時間(s);

η——液體介質的粘度(泊);

h——沉降高度(cm);

ρf——蒙脫石顆粒的密度(g/cm3);

ρs——液體介質的密度(g/cm3);

g——重力加速度(cm/s2)g=980 cm/s2;

d——顆粒直徑(cm)。

達到沉降時間后,用移液管移取小于 2μm的膨潤土懸浮液,下部沉淀棄之,用離心機進行固液分離,然后干燥、研磨,過 200目篩,即得到鈉基蒙脫石。

2 鈉基蒙脫石的預處理

柱撐之前對鈉基蒙脫石的預處理是極為重要的,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離子能力的關系。

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

圖1 六偏磷酸鈉加入量與SO2-4離子吸附量關系曲線

結果顯示,蒙脫石懸浮液中加入六偏磷酸鈉后柱撐蒙脫石對 SO2-4離子的吸附量增大了。當六偏磷酸鈉加入量達到0.1 ml/100mg土以后,隨加入量繼續(xù)增多,吸附量無明顯增大。

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 ζ-電位,表面為正ζ-電位,在這樣一個分散系統(tǒng)中,粒子之間的聚集狀態(tài)取決長程范氏力與靜電力的共同作用。在長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生邊面 -板面結合的結構。在板面與板面之間、邊面與邊面之間雖然都存在靜電斥力,但當長程范氏力超過靜電斥力時仍可能出現(xiàn)板面—板面結合或邊面—邊面結合的結構。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—板面結合的結構封堵了蒙脫石復網層間的入口,使聚合羥基鈦離子不容易進入復網層間。當體系中加入聚電解質六偏磷酸鈉時,聚合陰離子與蒙脫石顆粒邊表面幾何位置相適應,很容易吸附在邊表面上。邊表面原來帶正電,聚合陰離子吸附在邊表面上,使邊面由原來的正 ζ-電位變?yōu)樨?ζ-電位,使邊面與板面之間的靜電引力轉變?yōu)殪o電斥力,有利于拆散邊面—板面結合結構,有利于聚合羥基鈦離子進入層間柱撐,得到的柱撐蒙脫石SO2-4離子的吸附量增大。

4 結論

由實驗結果可知,六偏磷酸鈉與蒙脫石按0.1m l/100mg的比例加入為宜,過多加入沒有必要。

[1] 羅成剛,廖丹葵,等.改性膨潤土在有機反應中的應用[J].化工進展,2002,21(3):218-221.