有机膨润土的制备

2020-07-09 来源：客趣旅游网

第28卷第3期1999年5月辽　　宁　　化　　工LiaoningChemicalIndustryVol.28,No.3May,1999

有机膨润土的制备

郭瓦力①　张德金②　于桂香③

(沈阳化工学院　沈阳110021)

　　摘　要　简要介绍了膨润土和有机膨润土特性与应用,介绍了以天然钙基膨润土为原料经过提纯、改型、改性处理,制得有机膨润土的过程。包括实验原理、总流程、实验方法、实验结果和对有机膨润土结构特征的检测分析。最后确定了制备有机膨润土的最佳工艺条件。　　关键词　改型　改性　阳离子　交换容量　亲油疏水性

PreparationandApplycationofOrganophilicBentoniteGuoWali　ZhangDejin　YuGuixiang(ShengyangInstitutueofChemicalTechnology,Shenyang,110021)Abstract:Thespecificpropertiesandusagesofbothbentoniteandorganophilicibentonite,theprepera2

tionprocessoforganophilicbentonitefromnaturalcalciumbasebentonitebypurification,modificationtreat2mentofformandpropertyaredescribedbrieflyinthispaper.Somethingimportantaboutorganophilicben2tonitepreparingexperimentsuchas:principles,flowsheeting,methods,analysisofstructure,andresultsareincluded.Thebestprocessconditionsfororganophilicbentonitepreparationaregivenatlast.

Keywords:Modified-form,Modified-property,Cation,Exchangecapacity,Lipophilic-hydrophobicproperty.

1　前　言

制备有机膨润土所用原料是粘土类矿物膨润土。我国膨润土矿资源十分丰富,储量仅次于美国,居世界第二位。但对其深加工利用远不及国外,一直处于初期开发应用阶段,近几年才开展对膨润土深加工利用研究工作,有机膨润土就是膨润土深加工的精细产品之一。

膨润土是以蒙脱石(Al2O3.4SiO2.H2O)为主要成分的非金属粘土类矿物。蒙脱石含量为30%～80%,密度2.4～2.8,熔点1330℃～1430℃,蒙脱石是含水的层状铝硅酸盐,其晶胞结

面体内的Si+4可被Al+3取代,铝氧八面体中的Al3可被Fe+3、Mg+2、Zn+2等离子取代。由于离子交换造成了晶体表面带负电荷,前者使水容易进入晶体层间发生膨胀,后者使其颗粒表面能自发吸附相反电荷的阳离子。蒙脱石这种特殊晶体结构决定了它的应用前途,使得膨润土遇水吸收膨胀达自身体积的10～30倍,同时还具有吸附性,粘结性、分散性和悬浮性等被广泛应用在石油化工、日用化工、建筑行业、国防工业、农林牧等30多个领域。

2　有机膨润土的制备

2.1　实验用原料

(1)天然钙基膨润土(辽宁省内矿产)。

构由二层硅氧四面体片和铝氧八面体片构成。每

两层硅氧四面体片中间夹一层铝氧八面体片,在Z轴方向上成周期性排列,在两层硅氧四面体中间充满着nH2O和可交换性阳离子,其中硅氧四

原料中主要化学成分:SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O。

Ξ1999.02.24收稿.　①　女,46岁,副教授;　②　男,54岁,副教授;　③　女,54岁,副教授。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　辽　　宁　　化　　工　　　　　　　　　　　　　　　1999年5月158

表1　钙基膨润土主要物化性能

吸蓝量

g/100g土

36.0

蒙脱含量

/%81.5

CECme/100g土83.6

ECa+2me/100g土38.7

EMg+2me/100g土0.88

胶质价

ml/15g土51.5

膨胀容

ml/2g土10.5

膨胀值

ml/3g土9.5

　　(2)改型剂:钠盐(分析纯)。

(3)改性剂:季铵盐类有机大分子(工业品)71.3%。2.2　实验总流程

　　　　　　　　　　　　　　　　　　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓原土烘干粉碎过筛水洗提纯　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓改型剂　改性剂　　　　　　　　　　　　杂质　↓　　　↓改型改性水洗过滤烘干有机土

钠基土。钠化过程的目标函数为“阳离子交换容

(CEC)。影响钠化的主要因素有:量”

土浆浓度(固/液比)(重量比);钠盐加入量(%);钠化温度(℃);钠化时间(h)。每个因素仍

取四水平,采用单变量实验法。

首先称取提纯土加水配制成需要的浓度、调温,在搅拌条件下加入一定量改型剂钠盐,进行阳离子交换反应,待反应结束后经过水洗、过滤、烘干即得钠基膨润土。3.3　有机化改性由钠基膨润土与长碳链季铵盐进行阳离子交换反应制得有机膨润土,有机化过程目标函数是“季铵盐交换率(%)”。影响该过程主要因素有:

钠土浓度(固/液比);季铵盐加入量(mol/g

);反应时间(h)。土);溶液PH值;反应温度(℃

每个因素取四水平,采用正交试验法,取正交表为

L16(45)。

图1　实验总流程

3　实验方法

本实验目的是探索制备有机膨润土的最佳工艺条件。为中试或工业化生产提供基础数据。为此,本实验分三个阶段进行。3.1　原土提纯采用水洗沉降法:首先将原土烘干,粉碎、过筛。取一定量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,对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)和提纯土产率尽量高时确定提纯工艺条件。

实验过程中提纯土的质量指标:蒙脱石含量(%)。

经考查确定影响提纯土质量的主要因素有:洗水量(固/液比)(重量比);洗水次数(次);原土颗粒粒径(目)。每个因素取四水平,采用单变量实验法3.2　钠化改型

钠化利用阳离子交换反应,使钙基土转变成

CECme/100g土115.289.683.6

ECa+2me/100g土15.039.638.7

4　实验结果

表2　原土提纯的最适宜工艺条件

固/液比

20/100

水洗次数

4次

粒　径

120目

搅拌充分

　　在最适宜条件下重复实验结果为:

提纯土蒙脱石含量为93.4%、产率70%,说明该工艺条件可行。

表3　钠化改型最适宜工艺条件

固/液比/%钠盐加入量/%反应温度/℃反应时间/h10～15/100

3.5

搅拌充分

　　在该条件下重复实验制得钠基膨润土的阳离

子交换容量为115.2(me/100g土),比原土提高了23.6(me/100g土),证明此过程工艺指标可靠。

EMg+2me/100g土0.881.320.88

表4　钠土提纯土及原土理化性能测试结果比较表

蒙脱石/%

钠土

提纯土原土

93.993.481.5

胶质价

ml/15g土1006651.5

膨胀容

ml/2g土6315.210.5

膨润值

ml/3g土66.013.29.5

　　在上述条件下重复实验测得有机膨润土的季为准确评价有机膨润土质量,除了采用化学分铵盐交换率为96.5%。析外,还对有机膨润土结构特征进行了仪器分析。

第28卷第3期　　　　　　　　　　　郭瓦力等:有机膨润土的制备与应用　　　　　　　　　　　　　　　　　　159

表5　有机化最适宜工艺条件

固/液比

(重量比)pH值

2～3/100

13.5

季铵盐/土

mol/1g0.9

温度/℃时间/h

0.5

搅拌适当

4.1　X-射线衍射分析

膨润土是含水层状硅铝酸盐类矿物。其晶面之间有一定距离,通常称为层间距,用doo1值表示。doo1值是区别钠基土、钙基土和有机土的重要标志之一,其层间若引入有机大分子后层间距doo1值增大,引入的有机分子越大,其层间距越

润土的DTA曲线上在286℃和309℃时出现放热峰,这表明蒙脱石层间引入的有机大分子燃烧放热所致。图中几乎看不到有水释出的谷,说明原有的层间水和吸附水已被有机阳离子置换。因而有机土具有疏水亲油性,DTA谱图见图4、图5。

大,doo1值越高。

由XRD谱图得到有机膨润土doo1值为19.362!,而钠基膨润土的doo1值为12.80!。说明有机阳离子已引入蒙脱石层间。X-射线衍射图见图2和图3。

图4　Na基土DTA曲线图2　钠基膨润土XRD图

图5　有机土DTA曲线

5　结　论

通过对有机膨润土质量的化学分析和仪器分

析,证明了有机膨润土制备比较成功,实验确定的最佳工艺条件可靠,为中试及工业化生产奠定了基础。若能尽快找到合作伙伴联合中试,那么该技术

图3　有机膨润土XRD图

很快转变成生产力,将为我国东北储量丰富的膨润

差热分析是矿物在加热过程中,矿物热化学反土资源的开发和深加工开辟一条新路。应(脱水、分解、相变、氧化等)产生的吸热及放热,注:参加本实验的学生有:于明江、刘平、林艳红、王国强、杨国

秦丽君。在差热曲线上表现为谷或峰由钠基土和有机膨润杰、

土的DTA曲线看出:参考文献

[1]USP4.474.705

钠基土在DTA曲线上80℃有一个较深的吸

[2]老化与应用.1987(3):21～25

热谷,这表明层间水和吸附水被释出,在635℃又出现一个吸热谷,此谷表明晶水被释出。而有机膨

[3]福建化工.1991(1):29～33

4.2　差热分析

(编辑:李江石)

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