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膨润土由“土”变成“材料”的5大可控改造技术

来源:发布时间:2020-08-03 14:52:57点击率:

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膨润土中蒙脱石具有优异的工艺技术性能和可控改造性,在产品开发中主要深度加工技术包括提纯、钠化、剥离分散、表面改性、插层改性、表面包覆、原位聚合、原位反应、酸活化和合成反应等,以下仅就可控改造技术举例阐述。

1、剥离分散制备无机溶胶-凝胶

蒙脱石经钠化处理,吸水后层间域可产生晶格膨胀和渗透膨胀,加以机械分散或超声分散可使纳米片层剥离达到寡层至单层,制成溶胶或凝胶。可广泛用于制备各种悬浮剂、凝胶材料和纳米复合材料等。

2、有机插层改性

利用蒙脱石的阳离子交换性,可以将有机阳离子包括烷基季铵盐、烷基胺的盐酸盐等插层进入蒙脱石的层间域中,经有机阳离子插层改性的蒙脱石具有亲油疏水性、较大的层间距和较大的表面积,被广泛用作有机凝胶、有机气体和液体吸附剂、催化剂和催化剂载体及聚合物功能填料等。

3、原位聚合

将季铵盐阳离子/蒙脱石插层复合物分散在苯胺、吡咯等单体中,通过溶剂化作用,单体可进入到插层复合物层间域的孔隙中,将季铵盐阳离子/蒙脱石插层复合物层间域进一步撑开,得到苯胺(或吡咯)/蒙脱石插层复合物;加入氧化剂过硫酸铵作为引发剂,可使蒙脱石层间域中的苯胺产生原位聚合反应。利用蒙脱石变大的层间域作为有机单体发生聚合的反应器进行原位聚合反应,所形成的聚苯胺(或聚吡咯)分子受蒙脱石片层的影响而定向排列,达到提高聚合物导电性的目的。

有机单体在蒙脱石层间域原位聚合形成的聚合物,不仅可使蒙脱石结构层实现单层剥离,而且可有效提高复合物的理化性能,在抗静电、电磁屏蔽、微波吸收、金属防腐、电致变色和电致流变材料等领域具有广泛应用。

4、原位系列反应

将氧化钛前驱体钛酸丁酯引入到季铵盐阳离子/蒙脱石插层复合物层间域中,经原位水解、脱羟、成核结晶作用等系列原位反应制备TiO2/蒙脱石纳米复合结构材料;以TiOSO4·2H2O为TiO2的前驱体,通过控制蒙脱石悬浊液pH值,使TiOSO4·2H2O水解为聚合羟基钛阳离子,再通过阳离子交换进入蒙脱石层间域,进一步水解、脱羟、成核结晶作用也可制备TiO2/蒙脱石纳米复合结构材料。

在形成纳米复合材料过程中,蒙脱石层间域可作为纳米反应器使进入其中的物质产生原位反应,不仅可对蒙脱石结构层进行剥离和分散,而且由于蒙脱石结构层对TiO2的结晶长大和相变具有明显的阻滞作用等,可使所形成的蒙脱石纳米复合材料产生新的特殊性质,如形成TiO2/蒙脱石纳米复合光催化材料具有更高的耐高温性等。在光催化降解、抗菌涂料和釉料、有机废水处理等领域具有广泛应用。

5、合成反应

通常膨润土中不仅蒙脱石比表面积大、颗粒细小,而且常含有较多的方石英、长石、沸石或玻璃质(如伴生的珍珠岩)等杂质,杂质矿物的颗粒也非常细小,这导致低品位的膨润土提纯非常困难及难以利用。但可作为原料采用一步常压法合成沸石矿物,在合成过程中不仅可将蒙脱石转化为4A沸石和方钠石,而且也使方石英、长石或其它杂质矿物在合成沸石过程中作为SiO2或Al2O3原料使用,进而为低品位膨润土的开发利用提供新的途径。

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