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| 海泡石改性方法概述 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2015-05-20 11:03:58 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）海泡石是一種纖維狀鎂硅酸鹽粘土礦物，結(jié)構(gòu)通式為Si12Mg8O30(OH)4，在其結(jié)構(gòu)單元中，硅氧四面體與鎂氧八面體相互交替，具有層狀和鏈狀的過渡特征。正是由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，使得海泡石的比表面積高，孔隙率大，具有良好的吸附性、流變性和催化性，應(yīng)用前景十分廣闊。
但是，天然海泡石礦品位低、雜質(zhì)含量較高、表面酸性弱、通道小及熱穩(wěn)定性差，這些弱點(diǎn)一定程度上限制了海泡石的應(yīng)用。因此，必須預(yù)先經(jīng)過提純、超細(xì)加工、改性等一系列處理，獲得其優(yōu)良的性能。就目前研究階段，主要應(yīng)用的改性手段有酸處理、離子交換、表面有機(jī)改性及活化處理等。
1.海泡石的改性
1.1 酸處理改性
海泡石結(jié)構(gòu)中的Mg2+是弱堿，遇弱酸生成沉淀而沉積于海泡石的微孔結(jié)構(gòu)中，故目前處理所用的酸均為強(qiáng)酸（如HCl、H2SO4、HNO3等）。酸處理海泡石均為H+取代八面體中的Mg2+，并與Si-O骨架形成Si-OH基。首先，H+與通道邊緣的Mg2+反應(yīng)，并逐漸向中間位置深入而形成不同脫鎂水平的改性海泡石。同時，四面體骨架相對保持穩(wěn)定。經(jīng)酸處理的海泡石與天然海泡石相比，內(nèi)部通道連通，比表面積增大，半徑小于1nm的孔洞數(shù)量減少，半徑為1-1.5nm的孔洞百分率增加，使之對特定反應(yīng)具有適宜的孔徑和較高的比表面積。除此之外，表面酸中心熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，酸中心數(shù)量增加，可用來制備高比表面積的催化劑或催化劑載體等。
酸處理改性的程度主要受到酸的濃度、改性時間等影響，改性的程度可用海泡石的脫鎂率來表示。酸的濃度越高，對海泡石的脫鎂能力越強(qiáng)，但脫鎂速度隨酸濃度的增加逐漸減小。隨著改性時間的增加，脫鎂率隨之增加。當(dāng)改性處理一定時間后，脫鎂率增加的不明顯?？赡苁荋+逐步向孔道深處擴(kuò)散的同時，H+濃度逐漸降低，海泡石鎂含量逐步減少。因此要通過實(shí)驗(yàn)來確定最佳的酸濃度、改性時間。
1.2 離子交換改性
離子交換改性是用金屬離子取代海泡石骨架中的鎂離子，可使海泡石產(chǎn)生中等強(qiáng)度的酸性或堿性，但不改變其結(jié)構(gòu)。高價金屬離子的引入能誘發(fā)強(qiáng)的表面酸性，對引進(jìn)不同價態(tài)的陽離子來說，價態(tài)高的離子能誘發(fā)更強(qiáng)的酸中心。對于同族的高價金屬陽離子，離子半徑越小、電荷密度越高，交換后海泡石的酸性也越強(qiáng)。與此相反，低價金屬離子的引入則能產(chǎn)生強(qiáng)堿中心。低價金屬的電負(fù)性越小，即給電子能力越強(qiáng)，八面體中O原子的電荷密度也就越高，相應(yīng)的堿金屬-海泡石的堿性也就越強(qiáng)。同價金屬陽離子取代Mg2+時，海泡石的結(jié)構(gòu)及表面酸性無顯著變化。
不同地區(qū)海泡石礦的結(jié)構(gòu)相近，但組成各異，海泡石中鋁的含量將很大程度上影響其離子交換性能。海泡石的離子交換能力在廢水處理、催化劑的制備方面有著重要的應(yīng)用。如低價堿金屬離子對海泡石處理可制得強(qiáng)堿性的海泡石催化劑。
1.3 表面有機(jī)改性
為了改善海泡石的分散性能，強(qiáng)化海泡石-高分子材料界面粘結(jié)，通常采用偶聯(lián)劑或表面處理劑對海泡石表面進(jìn)行有機(jī)改性。改性的原理主要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si-OH基團(tuán)。表面處理劑有有機(jī)硅烷或有機(jī)硅偶聯(lián)劑、有機(jī)鈦酸酯偶聯(lián)劑、有機(jī)酸和有機(jī)醛、吡啶及其衍生物、陽離子表面活性劑等。
不同表面改性劑，其原理有所不同。有機(jī)硅烷水解后產(chǎn)生的硅醇可與海泡石表面的-OH基發(fā)生醚化反應(yīng)，從而使有機(jī)硅烷被接枝到海泡石表面。有機(jī)酸可與海泡石表面的Si-OH基發(fā)生酯化反應(yīng)，從而可在表面引入不同碳鏈長度的烴基。有機(jī)醛可與海泡石表面Si-OH基發(fā)生縮合反應(yīng)，也可在海泡石表面引入不同的碳?xì)滏?，從而改善表面的疏水性能。用帶有活性基團(tuán)的吡啶衍生物處理海泡石，可使吡啶環(huán)上的氮原子與海泡石表面的酸活性中心配位，又可使海泡石表面吸附上含活性基團(tuán)的有機(jī)分子，活性基團(tuán)與高分子進(jìn)一步反應(yīng)，可大大提高海泡石的補(bǔ)強(qiáng)性能。用陽離子表面活性劑處理海泡石，海泡石較強(qiáng)的吸附能力使其被定向吸附在海泡石表面，大大改善了海泡石的疏水性能和在樹脂中的分散性能。
目前已應(yīng)用于海泡石改性的有機(jī)改性劑有硫丙基三甲氧基硅烷、三異硬脂?；佀岙惐?、月桂酸、丙烯醛、癸醛、4乙烯基吡啶等。在橡膠工業(yè)中，常采用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑對海泡石進(jìn)行預(yù)處理，提高表面的縮水性能，降低表面能，改進(jìn)海泡石在膠料中的潤濕和分散性能，提高抗張強(qiáng)度，增加硫化膠的模量。
1.4 活化處理改性
目前研究得較多的是將海泡石預(yù)先經(jīng)過活化處理，考察其吸附性能、催化性能等?；罨幚恚赐ㄟ^加熱或酸處理，在一定溫度范圍內(nèi)（100-300℃）焙燒，除去其中孔道中的水分子，從而形成內(nèi)表面積很大的空穴，可吸附并存儲大分子，同時加大了晶體內(nèi)部通道的橫截面，使被吸附分子更容易進(jìn)入，提高其吸附和離子交換能力。
2. 結(jié)語
目前，海泡石改性方法研究較多，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往是以上幾種改性方法的聯(lián)合使用，如活化處理中包含了酸處理，酸處理也可稱為酸活化。將海泡石作為離子交換材料，必須經(jīng)過復(fù)合處理。未經(jīng)酸處理的海泡石基本上無離子交換能力（對金屬離子僅起物理吸附作用）。而經(jīng)過酸處理的海泡石，其離子交換能力大大增強(qiáng)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，要注重聯(lián)合運(yùn)用多種改性方法，以達(dá)到最佳改性效果，獲得最好的使用性能。
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