高純鈉基蒙脫石的剝離及其表征

王立滿, 莫偉, 馬少健, 程冰冰, 王澤平, 余暢

廣西大學(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧 530004

引言

蒙脫石是膨潤(rùn)土的主要礦物成分，為層狀硅酸鹽礦物，其晶體結(jié)構(gòu)單元層是由兩層硅氧四面體片中間夾一層鋁氧八面體片構(gòu)成。蒙脫石鋁氧八面體中的Al3+及硅氧四面體中的Si4+可分別被Mg2+、Al3+等低價(jià)離子置換，使得其晶體結(jié)構(gòu)帶負(fù)電荷，需要吸附K+、Na+、Ca2+等交換性陽(yáng)離子于單元層之間以達(dá)到電價(jià)平衡。蒙脫石兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元層之間以分子力連結(jié)，結(jié)構(gòu)較為松散，水分子或其它有機(jī)分子可進(jìn)入層間，且在外力或極性水分子的作用下層間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而膨脹或剝離[1-3]。剝離分散后的蒙脫石薄片為縱橫尺寸較大的納米薄片，表面帶有較強(qiáng)電負(fù)性，空間位阻降低，可用于合成聚合物材料或作為自主裝單元合成納米復(fù)合材料；且剝離后的蒙脫石薄片具有較大的比表面積及孔容，因而可作為催化劑載體在催化領(lǐng)域獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[4]。因此，近年來(lái)蒙脫石的剝離制備引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。

如趙子豪等[5]通過(guò)無(wú)機(jī)改性及超聲等手段對(duì)兩種不同屬性的蒙脫石進(jìn)行分散剝離。戴璐遜等[6]首先對(duì)鈣基蒙脫石進(jìn)行有機(jī)插層，然后以氯仿為溶劑，通過(guò)超聲作用進(jìn)行蒙脫石剝離。陳耀等[8]以鈣基蒙脫石為原料，通過(guò)鈉化改性，有機(jī)插層制備有機(jī)蒙脫石，以乙酸乙酯為溶劑，超聲處理制備剝離有機(jī)蒙脫石溶膠。鄭翔等[9]以堿性鈉基蒙脫石為原料，在無(wú)氧環(huán)境下，加入正丁基鋰溶液，超聲震蕩1 h后靜置2 d，取上清液洗滌、離心、烘干，最后獲得剝離型蒙脫石。Dellisanti F等[10]在受控的熱力環(huán)境下，采用星球磨機(jī)對(duì)鈣基蒙脫石進(jìn)行機(jī)械球磨研究，結(jié)果表明球磨使蒙脫石的層間和層內(nèi)的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，層間水會(huì)損失，晶粒度降低。李存軍等[11]將鈣基蒙脫石進(jìn)行鈉化改性后，以無(wú)水乙二醇為溶劑，先通過(guò)10 h的球磨，再超聲處理10 h來(lái)實(shí)現(xiàn)人工鈉化改性蒙脫石的剝離。吳選軍等[12]利用聚乙烯醇進(jìn)行蒙脫石的插層剝離。楊曉鳳等[13]利用苯胺對(duì)蒙脫石進(jìn)行插層剝離。

Velmurugan R等[14]采用烷基類(lèi)有機(jī)蒙脫石和蒙脫石。在室溫條件下，使用高速電剪切轉(zhuǎn)子以1 000 r/min混合攪拌環(huán)氧樹(shù)脂與蒙脫石1 h，添加固化劑合成復(fù)合材料；結(jié)果表明，有機(jī)蒙脫石以納米層形式分散在聚合物基體中，實(shí)現(xiàn)了剝離。以上采用超聲輔助凝膠分散剝離法、超聲輔助插層剝離法、鈉化改性—有機(jī)插層—球磨—超聲作用法及插層—高速攪拌法等進(jìn)行蒙脫石剝離大都存在引入外來(lái)試劑、實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜及剝離產(chǎn)物產(chǎn)率低等不足，亟待探尋高效環(huán)保的蒙脫石剝離制備方式。

本文以高純鈉基蒙脫石為原料，利用超純水配制成質(zhì)量濃度為2.5%的礦漿，以六偏磷酸鈉為分散助劑，通過(guò)低速攪拌、超聲作用及高速攪拌單一或組合方式對(duì)蒙脫石進(jìn)行剝離，并采用XRD、SEM、TEM、AFM等測(cè)試分析手段對(duì)剝離效果進(jìn)行表征，以期獲得較佳的剝離方式。論文研究結(jié)果可為蒙脫石的高效剝離制備提供參考依據(jù)，因此具有一定學(xué)術(shù)價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

所用高純鈉基蒙脫石(記為Na-MMT)樣品購(gòu)自中國(guó)高純黏土礦物樣品庫(kù)，其蒙脫石含量≥99.9%；實(shí)驗(yàn)用超純水利用實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)(WP-UPT-20)制備而得；采用六偏磷酸鈉為分散助劑，分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)；攪拌機(jī)分別采用青島森欣機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GJSS-B12K的變頻高速攪拌機(jī)及杭州儀表電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為D25-2F的電動(dòng)攪拌機(jī)。

1.2 蒙脫石的剝離制備

實(shí)驗(yàn)中，在6000 r/min下進(jìn)行的攪拌標(biāo)記為高速攪拌；在300 r/min下進(jìn)行的攪拌標(biāo)記為低速攪拌。稱取蒙脫石六份，利用超純水配制成質(zhì)量濃度為2.5%的礦漿，然后進(jìn)行剝離制備。具體為：礦漿經(jīng)低速攪拌、高速攪拌，標(biāo)記為DG-MMT；礦漿經(jīng)超聲作用、高速攪拌，標(biāo)記為CG-MMT；礦漿液經(jīng)低速攪拌、超聲作用、高速攪拌，標(biāo)記為DCG-MMT；礦漿液經(jīng)超聲作用、低速攪拌、高速攪拌，標(biāo)記為CDG-MMT；礦漿液經(jīng)低速攪拌/超聲作用、高速攪拌，標(biāo)記為D/CG-MMT；礦漿液經(jīng)低速攪拌/超聲作用、高速攪拌、六偏磷酸鈉，標(biāo)記為D/CGJ-MMT(注：不同剝離方式的實(shí)驗(yàn)條件詳見(jiàn)表1)。剝離處理后，利用高速離心機(jī)對(duì)礦漿進(jìn)行固液分離，將上層懸浮液倒出并取適量進(jìn)行自然晾干后制樣分析；底層沉淀于烘箱70 ℃下烘干，研磨過(guò)200目篩，進(jìn)行測(cè)試分析。

表1 不同的剝離方式

1.3 測(cè)試與表征

采用德國(guó)布魯克D8 Advance X射線衍射儀分析樣品的物相，測(cè)試采用銅靶，入射線波長(zhǎng)0.154 18 nm，電壓40 kV，電流40 mA，步長(zhǎng)0.02°，測(cè)試速度0.1 sec/step，掃描范圍3°～70°。利用日本理學(xué)XRF primus-2X射線熒光儀分析樣品化學(xué)成分，測(cè)試范圍為B-U，額定電壓60 kV，電流150 mA，用鋁環(huán)，以微晶纖維素墊底，以2 000 MPa壓力下壓制40 mm的樣片制樣，軟件自動(dòng)識(shí)別元素。利用美國(guó)FEI公司熱場(chǎng)發(fā)射QUANTA FEG 400型掃描電子顯微鏡分析樣品表面形貌及尺寸，加速電壓為20 kV，放大倍數(shù)為1 000～100 000倍。利用美國(guó)FEI公司FEI Tecnai G2 20 型透射電子顯微鏡分析樣品形貌及尺寸，電壓200 kV，放大倍數(shù)為1 000～100 000。利用美國(guó)布魯克dimension icon型原子力顯微鏡測(cè)試分析樣品微觀尺寸，輕敲模式，超聲波輔助分散制樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 高純鈉基蒙脫石樣品礦物學(xué)特征

試驗(yàn)用蒙脫石樣品來(lái)自中國(guó)高純粘土礦物樣品庫(kù)，其由物理方式從膨潤(rùn)土原土提純而得，乳白色粉末狀，粒度小于200目，利用X射線熒光儀測(cè)試分析可知該樣品主要化學(xué)組成為： SiO266.60%，Al2O317.60%，F(xiàn)e2O36.44%，CaO 4.15%，MgO 2.37%，Na2O 1.67%，K2O 0.24%，其它0.93%。采用化學(xué)方法測(cè)定該蒙脫石樣品的吸藍(lán)量，換算出其含量為99.90%，屬高純蒙脫石。

圖2為蒙脫石樣品的X射線衍射圖譜。分析可知，該樣品中主要含蒙脫石和極少量石英雜質(zhì)。蒙脫石(001) 晶面特征衍射峰在2θ=7.346°對(duì)應(yīng)的晶面層間距為1.255 44 nm，由此可知其為鈉基蒙脫石[1]。蒙脫石衍射特征峰強(qiáng)度高，峰型尖銳，表明蒙脫石晶型很好，雜質(zhì)少，與蒙脫石含量測(cè)試結(jié)果一致。

圖2 Na-MMT 的XRD圖譜

圖3(1)為利用原子力顯微鏡測(cè)定所得的鈉基蒙脫石樣品AFM圖，分析可知，所觀測(cè)范圍內(nèi)蒙脫石顆粒粒徑大都小于20 μm，顆粒大小不一，蒙脫石片層堆疊的層狀結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)。圖3(2)為圖3(1)中標(biāo)注范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的蒙脫石顆粒片層厚度圖，進(jìn)一步分析可知，所觀測(cè)范圍內(nèi)蒙脫石片層堆疊厚度主要為48～63 nm，局部區(qū)域厚度達(dá)100～350 nm，最厚處為402.72 nm。

圖3 Na-MMT的AFM圖

圖4(1)為鈉基蒙脫石樣品的掃描電子顯微鏡(SEM)圖，從圖中可知，在2 k放大倍數(shù)下，清晰可見(jiàn)蒙脫石為顆粒狀，大小不一。在50 μm標(biāo)尺下對(duì)觀測(cè)范圍內(nèi)的蒙脫石顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如4(2)所示，所統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)為138顆，其中，粒徑分布在3.70～14.50 μm的顆粒占比達(dá)76.80%。分析圖4(3)可知，在50 k放大倍數(shù)下清晰可見(jiàn)蒙脫石片層卷邊結(jié)構(gòu)。

圖4 Na-MMT的SEM圖

圖5(1)、(3)為鈉基蒙脫石樣品的透射電子顯微鏡(TEM)圖，觀察可知，其顆粒狀明顯，顆粒界線清晰，多片層堆積而成，顆粒大小不一，厚度不均。以1 μm為標(biāo)尺，統(tǒng)計(jì)分析觀測(cè)范圍內(nèi)蒙脫石的顆粒，結(jié)果如圖5(2)所示，分析可知，所統(tǒng)計(jì)的蒙脫石顆粒中粒徑為0.20～0.80 μm的占比達(dá)75%，顆粒平均粒徑為0.63 μm。

圖5 Na-MMT的TEM圖

2.2 不同制備條件下剝離蒙脫石的性能特征

2.2.1 低速攪拌/超聲作用/高速攪拌兩兩組合制備條件下剝離蒙脫石的性能特征

分別采用低速攪拌—高速攪拌(即DG-MMT)、超聲作用—高速攪拌(即CG-MMT)對(duì)蒙脫石進(jìn)行物理剝離試驗(yàn)研究，剝離處理后進(jìn)行高速離心實(shí)現(xiàn)固液分離，兩種處理方式所得樣品的上部懸浮液測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖6、圖7，相應(yīng)底部沉淀的測(cè)試結(jié)果如圖8～圖10所示。

圖1 Na-MMT剝離示意圖

圖10 DG-MMT底層沉淀的TEM圖

圖6 DG-MMT樣品懸浮液干燥后的TEM圖、SEM圖與AFM圖

圖7 CG-MMT懸浮液干燥樣的TEM、SEM及AFM圖

如圖6(1)所示，蒙脫石顆粒經(jīng)低速—高速攪拌處理(DG-MMT)后，與剝離前相比，顆粒變得更微細(xì)、均勻且分散，但其顆粒狀仍較為明顯、清晰。從圖6(2)可知，1 k放大倍率下，DG-MMT中仍清晰可見(jiàn)少量蒙脫石大顆粒及微細(xì)顆粒干燥后團(tuán)聚的現(xiàn)象。由圖6(3)分析可知，DG-MMT中蒙脫石顆粒厚度以 60.00～120.00 nm為主，片層局部有30.10～53.90 nm，最厚達(dá)136.85 nm，蒙脫石片層仍清晰可見(jiàn)，但與剝離前相比，其片層堆積厚度變小，可見(jiàn)蒙脫石經(jīng)過(guò)充分浸泡分散后，利用機(jī)械攪拌作用可實(shí)現(xiàn)一定程度的剝離。

比較圖5(3)與圖7(1)可知，經(jīng)超聲—高速攪拌剝離處理(CG-MMT)后，上部懸浮液中蒙脫石顆粒狀不再明顯，顆粒界線變模糊，呈連續(xù)的片狀堆積現(xiàn)象，淺色部分較剝離前增多，說(shuō)明顆粒厚度變薄，亦即蒙脫石顆粒發(fā)生了明顯剝離。同樣，比較剝離前后的SEM圖可知，剝離前顆粒清晰可見(jiàn)，剝離后顆粒變得更微細(xì)、均勻。從圖 7(3)可以看到，剝離處理后，蒙脫石厚度集中在35.11～44.12 nm，最厚處為155.87 nm，但總體上多為厚度相對(duì)均勻的薄片層。

同樣，對(duì)兩種制備條件下獲得的底層沉淀分別進(jìn)行XRD測(cè)試，結(jié)果如圖8所示。分析可知，經(jīng)剝離處理后，DG-MMT與CG-MMT的(001)晶面所對(duì)應(yīng)的特征衍射峰均出現(xiàn)左移現(xiàn)象，衍射峰不再尖銳，且明顯寬化，分析可知蒙脫石片層結(jié)構(gòu)有序性在一定程度上被破壞，蒙脫石片層產(chǎn)生一定剝離。具體為：DG-MMT的底面間距001增大0.109 89 nm，CG-MMT的底面晶面間距001增大0.084 91 nm，但蒙脫石在2θ=19.7°、39.4°、34.7°、61.8°的典型晶面的特征峰均存在，只是變?nèi)?，說(shuō)明蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)基本完好。

圖8 Na-MMT、DG-MMT底層沉淀、CG-MMT底層沉淀的XRD圖譜

CG-MMT底層沉淀的TEM測(cè)試結(jié)果如圖9所示。分析圖9(1)可知，蒙脫石顏色深淺不一，說(shuō)明厚度不均。相較剝離前，蒙脫石顆粒狀不明顯，邊緣分散變薄，說(shuō)明蒙脫石被剝離，剝離不均勻。如圖9(2)所示，在50 nm標(biāo)尺下可知?jiǎng)冸x后的蒙脫石片層很??；在25 nm標(biāo)尺下，清晰可見(jiàn)蒙脫石片層仍以多層堆疊形式存在，說(shuō)明其層狀結(jié)構(gòu)未被完全破壞，這與XRD的測(cè)試結(jié)果相一致。

圖9 CG-MMT底層沉淀的TEM圖

DG-MMT底層沉淀的TEM測(cè)試結(jié)果如圖10所示，在1 μm標(biāo)尺下，清晰可見(jiàn)經(jīng)剝離處理后的蒙脫石仍呈明顯的顆粒狀，與圖9比較可知，其深色部分居多，蒙脫石顆粒相對(duì)較厚，亦即該處理?xiàng)l件下底層沉淀的剝離效果沒(méi)有CG-MMT的好。在25 nm標(biāo)尺下同樣清晰可見(jiàn)底層沉淀中蒙脫石顆粒的層狀結(jié)構(gòu)，這與CG-MMT處理后的效果相似。

綜上分析，CG-MMT試驗(yàn)條件下的懸浮液和底層沉淀中蒙脫石的剝離效果均優(yōu)于DG-MMT的試驗(yàn)結(jié)果，究其原因，很可能是由于蒙脫石配制成礦漿后，水分子會(huì)進(jìn)入層間，使層間陽(yáng)離子發(fā)生水化作用，層間結(jié)合力變?nèi)?，此時(shí)施加一定的攪拌剪切力作用，可一定程度上破壞蒙脫石層間的結(jié)合力，使蒙脫石片層產(chǎn)生一定剝離效果；另外，當(dāng)蒙脫石充分吸水膨脹后施加超聲作用，由于超聲波在水中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)作用、熱效應(yīng)及空化效應(yīng)，這些作用破壞蒙脫石層間的結(jié)合力，使蒙脫石片層發(fā)生剝離[15]，上述研究結(jié)果表明，超聲作用的剝離效果優(yōu)于低速攪拌作用。

2.2.2 低速攪拌/超聲作用/高速攪拌多重組合制備條件下剝離蒙脫石的性能特征

分別采用超聲作用—低速攪拌—高速攪拌(CDG-MMT)、低速攪拌—超聲作用—高速攪拌(DCG-MMT)兩種方式對(duì)蒙脫石進(jìn)行剝離，剝離處理后進(jìn)行高速離心實(shí)現(xiàn)固液分離，兩種處理方式所得樣品的上部懸浮液測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖11、圖12，相應(yīng)底部沉淀的測(cè)試結(jié)果如圖13～圖15所示。

圖15 CDG-MMT的TEM圖

圖12 DCG-MMT0懸浮液干燥樣的TEM圖、SEM圖、AFM圖

圖11 CDG-MMT懸浮液干燥樣的TEM圖、SEM圖、AFM圖

從圖11(1)可以看出，在0.5 μm標(biāo)尺下，CDG-MMT懸浮液干燥樣中蒙脫石為連續(xù)狀，顏色均勻，邊緣卷曲；在50 nm標(biāo)尺下，蒙脫石的片層堆積結(jié)構(gòu)已不清晰。觀察圖11(2)可見(jiàn)，在20 k放大倍率下，蒙脫石顆粒微細(xì)且均勻，依稀可見(jiàn)極少量較大的蒙脫石顆粒。分析圖11(3)可知，觀測(cè)范圍內(nèi)，蒙脫石顆粒的厚度以5.56～8.86 nm和14.56～45.61 nm兩個(gè)范圍為主，片層最厚處為111.23 nm，與剝離前相比，其厚度已變薄，由此可見(jiàn)，蒙脫石發(fā)生一定程度的剝離，而且，與CG-MMT懸浮液干燥樣相比較，其厚度變得更薄，亦即該制備條件下的剝離效果更好。

如圖12(1)所示，在0.5 μm標(biāo)尺下，蒙脫石顆粒堆積致密，顏色均勻偏暗，邊緣完整；在50 nm標(biāo)尺下，蒙脫石層狀結(jié)構(gòu)相較圖11(1)明顯。從圖12(2)中清晰可見(jiàn)蒙脫石顆粒大小不一。由圖12(3)分析可知，蒙脫石片狀結(jié)構(gòu)明顯，片層直徑大，厚度集中在40.00 nm以上，最厚為接近140.00 nm，對(duì)比圖11(3)可知，其剝離效果比CDG-MMT的差。

同樣，為了解底層沉淀部分的剝離效果，分別對(duì)DCG-MMT與CDG-MMT兩種制備條件下的底層沉淀進(jìn)行XRD測(cè)試分析，結(jié)果如圖13所示。分析可知，上述制備條件下所得底層沉淀的XRD光譜在2θ=19.8°、29.5°、34.5°、61.4°附近分別出現(xiàn)蒙脫石(100)、(005)、(110)、(300)典型晶面的特征衍射峰，說(shuō)明試驗(yàn)條件下，蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有被完全破壞。進(jìn)一步比較可知，CDG-MMT(001)晶面的特征峰，其峰強(qiáng)更弱，峰型較為寬化，底面間距001較剝離前明顯增大，說(shuō)明蒙脫石發(fā)生了剝離，且剝離效果優(yōu)于DCG-MMT。

圖13 Na-MMT、CDG-MMT底層沉淀、DCG-MMT 底層沉淀的XRD圖

DCG-MMT、CDG-MMT底層沉淀的TEM分析結(jié)果分別如圖14、圖15所示，比較可知，前者較后者而言，顆粒狀明顯，顆粒粒徑較大，暗色部分顏色更深，亦即蒙脫石顆粒更厚；且在50 nm標(biāo)尺下，前者蒙脫石片層結(jié)構(gòu)更平整、明顯。綜上分析可知，試驗(yàn)條件下，CDG-MMT的剝離效果較DCG-MMT的好。

圖14 DCG-MMT的TEM圖

2.2.3 低速攪拌/超聲作用/高速攪拌/六偏磷酸鈉多重組合制備條件下剝離蒙脫石的性能特征

基于前述研究結(jié)果，為獲得更好的剝離效果，考察了分散劑六偏磷酸鈉添加與否對(duì)蒙脫石剝離效果的影響，試驗(yàn)中首先對(duì)蒙脫石礦漿進(jìn)行邊低速攪拌邊超聲作用30 min后，采用添加或不添加分散劑兩種方式下繼續(xù)高速攪拌30 min，最后通過(guò)高速離心實(shí)現(xiàn)固液分離，分別取上部懸浮液和底層沉淀進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果分別如圖16、圖17及圖18～圖20所示。

圖20 D/CGJ-MMT底層沉淀的TEM圖

圖18 Na-MMT、D/CG-MMT底層沉淀、D/CGJ-MMT 底層沉淀的XRD圖

圖17 C/DGL-MMT懸浮液干燥樣的TEM圖、SEM圖、AFM圖

從圖16(1)可以看出，未添加分散劑時(shí)，在0.5 μm標(biāo)尺下，蒙脫石呈連續(xù)狀、顏色變淺、邊緣淡化，有少數(shù)暗色小顆粒分布其中；此外，在50 nm標(biāo)尺下可清晰看到蒙脫石的卷曲邊緣及不規(guī)則狀。分析圖16(2)可知，蒙脫石微粒出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，且在20 k放大倍率下，可看到片狀的蒙脫石微細(xì)顆粒。由圖16(3)可知，未添加分散劑情況下進(jìn)行剝離處理后，蒙脫石片層厚度為65.96～100.12 nm，與CG-MMT處理后的剝離樣相比，其厚度更大，可見(jiàn)該制備條件下的剝離效果更差，亦即在超聲作用過(guò)程中增加低速攪拌作用，在一定程度上降低了蒙脫石的剝離效果。

圖16 C/DG-MMT懸浮液干燥樣的TEM圖、SEM圖、AFM圖

如圖17(1)所示，添加分散劑時(shí)，在0.5 μm標(biāo)尺下，蒙脫石成連續(xù)狀，顏色均勻稍暗，邊緣卷曲變薄、顏色變淺；在50 nm標(biāo)尺下，可見(jiàn)到蒙脫石剝離破壞后的片層結(jié)構(gòu)。從圖17(2)可看到，在20 k放大倍率下，蒙脫石分散均勻的微細(xì)顆粒及極少量的大顆粒。分析圖17(3)可知，C/DGL-MMT懸浮液干燥樣中蒙脫石剝離后的片層厚度為集中在50.00 nm左右，最厚為322.75 nm。比較分析可知，添加分散劑后蒙脫石的分散性有所提高，其剝離效果獲得一定改善。

同樣，對(duì)D/CG-MMT與D/CGJ-MMT的底層沉淀分別進(jìn)行XRD測(cè)試分析，結(jié)果如圖18所示。分析可知，在2θ為6°、 19°、29°、34°、61°附近分別出現(xiàn)蒙脫石(001)、(100)、(005)、(110)、(300)晶面的特征衍射峰， 其中(001)晶面特征峰峰強(qiáng)減弱、峰型寬化且左移，001產(chǎn)生不同程度的增大，比較可知，添加分散劑時(shí)，蒙脫石的001增大相對(duì)明顯，同樣證實(shí)了分散劑加入強(qiáng)化了蒙脫石的剝離效果。

D/CG-MMT與D/CGJ-MMT底層沉淀的TEM分析結(jié)果分別如圖19、圖20所示，比較可知，未添加分散劑時(shí)，蒙脫石顆粒狀明顯，粒徑相對(duì)較大，顏色偏暗，而添加分散劑后，蒙脫石顆粒粒徑相對(duì)小，顏色較淺，可見(jiàn)蒙脫石的剝離效果相較前者好。這與前述XRD及SEM等測(cè)試結(jié)果相一致，亦即添加分散劑六偏磷酸鈉有利于蒙脫石的剝離。綜上，對(duì)上述不同剝離條件下所得產(chǎn)品的剝離效果進(jìn)行比較分析，結(jié)果如表2所示。

圖19 D/CG-MMT底層沉淀的TEM圖

表2 不同方式剝離效果比較

比較可知，采用CDG-MMT進(jìn)行高純蒙脫石的剝離效果最好，其次是CG-MMT的，剝離效果較差的是DG-MMT和D/CG-MMT。可見(jiàn)，試驗(yàn)條件下質(zhì)量濃度為2.5%的高純鈉基蒙脫石礦漿經(jīng)30 min超聲作用后低速攪拌30 min，接著高速攪拌30 min后所得產(chǎn)物的剝離效果最佳。

此外，對(duì)上述所有試驗(yàn)條件下所獲得的懸浮液進(jìn)行測(cè)試分析，所有樣品均出現(xiàn)丁達(dá)爾現(xiàn)象，亦即上部懸浮液實(shí)質(zhì)上為膠體狀的分散液，而且從肉眼上可看出不同制備條件下產(chǎn)生的膠體量有差異，但總體上比較可知，上述各制備條件下剝離后形成膠體分散液的蒙脫石量極少，并不利于后續(xù)的規(guī)模應(yīng)用，因此底層沉淀中蒙脫石的剝離效果更值得深入探討。

3 結(jié) 論

為了實(shí)現(xiàn)蒙脫石的高效剝離，分別采用低速攪拌、超聲作用、高速攪拌或添加六偏磷酸鈉分散助劑等方式進(jìn)行兩兩或多重組合剝離，并采用XRD、SEM、TEM及AFM測(cè)試分析手段對(duì)剝離效果進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明超聲波的振動(dòng)作用、熱效應(yīng)及空化效應(yīng)對(duì)于蒙脫石的剝離效果優(yōu)于低速攪拌的剪切作用；添加分散劑六偏磷酸鈉有利于蒙脫石的剝離；試驗(yàn)條件下質(zhì)量濃度為2.5%的高純鈉基蒙脫石礦漿經(jīng)30 min超聲作用后，然后低速攪拌30 min，繼續(xù)高速攪拌30 min后所得產(chǎn)物的剝離效果較佳。