CN101734678A - 有机改性膨润土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

有机改性膨润土及其制备方法，涉及一种有机矿物及其制备方法，以8-羟基喹啉为改性剂，对钙基膨润土进行改性，制备改性膨润土——8-羟基喹啉改性膨润土。8-羟基喹啉改性膨润土的制备方法，首先对原土进行处理，然后配8-羟基喹啉氢氧化钠溶液，最后制备8-羟基喹啉改性膨润土。将一定量的膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉改性土。作为粘结剂、增稠剂、净化脱色剂、催化剂等在冶金、机械铸造、钻探、石油化工、农林牧、等领域有着十分广泛的应用前景。

Description

有机改性膨润土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机矿物及其制备方法，特别是涉及一种有机改性膨润土及其制备方法。

背景技术

膨润土是一种在自然界分布较为广泛的粘土类矿物，属非金属矿产。中国的膨润土矿资源非常丰富，储量居世界首位，占世界总量的60％，预测资源量在70亿t以上，并以分布广、埋藏浅、易采掘及品种齐全为特点。膨润土及其提纯改型产品都不同程度地具有一些优越的特性，这些特性主要有膨胀性、亲水性(或亲油性，如有机膨润土)、吸附性、阳离子交换性、催化活性、分散性、悬浮性、粘接性、触变性、稳定性、无毒性。随着科学技术的发展，人们对膨润土结晶特性和物理化学性质的了解逐渐加深，膨润土在工农业生产和科学研究方面的使用日益广泛。它作为粘结剂、悬浮剂、增稠剂、触变剂、絮凝剂、稳定剂、净化脱色剂、充填剂、催化剂以及催化剂载体在冶金、机械铸造、钻探、石油化工、轻工、农林牧、建筑工程、环保等领域有着十分广泛的应用前景。特别是膨润土带电性和较大的比表面积使其具有较强的吸附性，因此膨润土具有良好的离子交换能力和吸附性能，可用于多种污染物的去除。但是天然膨润土中由于表面硅氧结构具有极强的亲水性和层间大量可交换性阳离子的水解，使其表面通常存在一层薄的水膜，而限制了在水溶液中的应用；此外，膨润土固液分离速度慢，絮凝物脱水效果差，也影响了其实际应用。为了满足某种需要或为了提高膨润土的使用效果，获得具有实用性的高性能膨润土，在一定条件下，人为地在膨润土中引进一些无机离子或(和)有机化合物，使膨润土的结构和化学性质发生改变，达到对膨润土改型的目的。目前，对膨润土的改性研究主要集中于以下几方面：

①酸活化处理：经酸处理的膨润土与原土相比，孔道和孔隙结构有所改善，原土较为致密的片状板层堆积结构变得疏松，孔道扩大，有利于污染物分子的进入并进行有效的吸附。

②高温焙烧：在适当温度下焙烧一定时间后，膨润土的表面水及空隙中的一些杂质基本除去，空隙率和比表面积增大，从而增强吸附性能。

③无机盐处理：将无机多聚羟基金属离子如：Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等交换进入层间，将单元层桥联并撑开，形成一种二维通道的“层柱”状结构的新矿物，即交联膨润土，也称柱撑膨润土。柱撑膨润土具有很高的比表面积及热稳定性，其路易斯酸活性很高。同时由于柱撑膨润土独特的极性、孔径分布和高比表面积，因而其吸附性能大大增强。

④有机覆盖处理：用长链烷基伯铵、仲铵、叔铵、季铵盐、酰铵以及季磷盐等有机阳离子，置换膨润土蒙脱石中粒子表面原先吸附的阳离子。这样，将体积较大的有机阳离子引入膨润土蒙脱石层间，形成大孔洞的材料，使其结构改变，从而达到有机改性的目的。

经多年研究发现，改性膨润土作为水处理剂在各类废水处理尤其是工业废水处理中的应用潜力巨大。改性土可广泛应用于去除芳香族化合物、有毒和难降解有机物、除色等。由于价格低廉，适用范围广，随着研究的不断深入，改性膨润土水处理剂将有可能取代传统吸附剂在废水处理中的地位，在废水处理中得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于以8-羟基喹啉为原料，对膨润土进行改性，将8-羟基喹啉溶于氢氧化钠溶液，改性剂可钻入膨润土蒙脱石的片层之间，增大层间距，改变了膨润土层间距和比表面积，提高活化效果和亲油性。成为特殊材料，开拓膨润土应用领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

有机改性膨润土，以8-羟基喹啉为改性剂，对钙基膨润土原土进行直接改性；膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉有机改性膨润土。

有机改性膨润土的制备方法，其制备过程如下：

首先处理原土：将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.096mm筛，备用；

然后配制改性剂溶液：用0.5mol/L的氢氧化钠溶液和分析纯的8-羟基喹啉配制成0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液；

最后制备8-羟基喹啉改性膨润土：将膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉有机改性膨润土。

本发明的优点与效果是：

本发明以8-羟基喹啉原料对膨润土进行改性，作为一种新型的改性膨润土，具有性能好、操作简便的特点，适合工业废水处理；通过对性能较差的钙基膨润土原土进行直接改性，将8-羟基喹啉溶于氢氧化钠溶液，省去原土钠化工序，节约能源，对原料膨润土的选取条件较宽泛。这样，改性剂可钻入膨润土蒙脱石的片层之间，改变了膨润土层间距和比表面积，增大层间距，提高了活化效果和亲油性。相比有机改性剂，成本低；同时避免使用无机酸、Al、Cr、Fe、Bi、Zr、Co、Ni等金属化合物，制备过程中减少了多聚羟基金属离子交联剂的制备，相比传统的无机交联改性操作简单。8-羟基喹啉改性膨润土可能成为新型特殊材料，开拓膨润土(尤其是品质较差的)应用领域。

附图说明

附图为本发明无机铵改性膨润土的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

本发明有机改性膨润土以8-羟基喹啉为改性剂，对膨润土进行改性，制备一种新型有机改性膨润土。本发明有机改性膨润土，改性后水洗土IR图中均可看到，3438cm^-1处的吸收峰相对强度比原土变小，表明，活化剂的加入起了疏水作用，引起了羟基间缔合变小，疏水作用增强。此外，在2854cm^-1附近增加了C-H伸缩特征吸收峰，在1449cm^-1附近增加了C-N特征吸收峰，说明改性剂进入了膨润土的层间。改性膨润土的X-射线谱图显示图中(001)网面衍射角向小角方向偏移，d₀₀₁值变大，，说明膨润土的层间距增大，活化效果增强，亲油性增强通过对性能较差的钙基膨润土原土进行直接改性，将8-羟基喹啉溶于氢氧化钠溶液，省去原土钠化工序，节约能源，对原料膨润土的选取条件较宽泛，适宜工业大范围推广。本发明有机改性膨润土的制备方法首先处理原土：将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.096mm筛，备用。然后配制改性剂溶液：用0.5mol/L的氢氧化钠溶液和分析纯的8-羟基喹啉配制成0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液。最后制备8-羟基喹啉改性膨润土：一定量的膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉改性土。

本发明的有机改性膨润土合成原理：

天然土是一种层状硅铝酸盐，层与层之间靠静电作用结合，四面体及八面体存在广泛的同晶置换，四面体中的Si⁴⁺常被Al³⁺替代，八面体中的Al³⁺常被Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Ni²⁺、Li⁺等替代，使层间产生弱的负电荷，从而具有吸附某些阳离子的能力。改性剂可钻入膨润土蒙脱石的片层之间，改变了膨润土层间距和比表面积，提高了膨润土的吸附能力；通过X-射线衍射实验和IR谱图可以证实这一点。新型无机改性膨润土IR谱图显示，改性后及改性后水洗土IR谱图显示，改性后及改性后水洗土IR图中均可看到，3438cm^-1在的吸收峰相对强度比原土变小，表明，活化剂的加入起了疏水作用，引起了羟基间缔合变小，疏水作用增强。此外，在2854cm^-1附近增加了C-H伸缩特征吸收峰，在1449cm^-1附近增加了C-N特征吸收峰，说明改性剂不仅依靠正电荷负载于膨润土表面而且进入了膨润土的层间。改性膨润土的X-射线谱图显示图中(001)网面衍射角向小角方向偏移，d₀₀₁值变大，说明膨润土的层间距增大，活化效果增强，亲油性增强。

原土的处理：将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.096mm筛，备用。

改性剂溶液的配制：用0.5mol/L的氢氧化钠溶液和分析纯的8-羟基喹啉配制成0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液。

8-羟基喹啉改性膨润土的制备：一定量的膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉改性土。

8-羟基喹啉改性膨润土的最适宜制备条件：

膨润土浆液的浓度为15％，8-羟基喹啉氢氧化钠溶液浓度为0.2-0.3g/L，水浴加热时间60min，浸润时间为30min。

Claims (2)

1.有机改性膨润土，其特征在于：以8-羟基喹啉为改性剂，对钙基膨润土原土进行直接改性；膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉有机改性膨润土。

2.有机改性膨润土的制备方法，其特征在于制备过程如下：

首先处理原土：将原土于105℃干燥箱中烘干，用球磨机将其粉碎，研磨，再过0.096mm筛，备用；

然后配制改性剂溶液：用0.5mol/L的氢氧化钠溶液和分析纯的8-羟基喹啉配制成0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液；

最后制备8-羟基喹啉改性膨润土：将膨润土加入蒸馏水搅拌，配制成15％的土悬浊液，再向悬浊液中加入浓度为0.2-0.3g/L的8-羟基喹啉氢氧化钠溶液混合均匀，将其水浴搅拌加热60min，抽滤，烘干，研磨，过0.096mm筛，得到8-羟基喹啉有机改性膨润土。