CN107651871B - 一种铋(iii)改性膨润土、铋(iii)改性复合膨润土的改性方法及其应用 - Google Patents

一种铋(iii)改性膨润土、铋(iii)改性复合膨润土的改性方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土的改性方法及其应用，该铋(III)改性膨润土的改性方法是膨润土煅烧，并将该煅烧膨润土放入Bi(NO3)3溶液中浸泡，最后抽滤、干燥得到该铋(III)改性膨润土；该铋(III)改性复合膨润土的改性方法是苯胺、二氧六环、HCl混合，再与煅烧膨润土混合，得到混合物A；过硫酸铵与蒸馏水混合得到混合液B；混合液B投入到混合物A中聚合，然后抽滤水洗并干燥后，将干燥得到的物质放入Bi(NO3)3浸泡，最后抽滤干燥得到该铋(III)改性复合膨润土；上述两种物质混于水泥中，搅拌混匀使用，在水泥混凝土中可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。

Description

一种铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土的改性方 法及其应用
技术领域
本发明涉及混凝土的防锈技术领域，具体地说涉及一种铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土的改性方法及其应用。
背景技术
钢筋混凝土结构具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点，已成为现代化生活中最常用的建筑结构。随着我国经济建设的快速发展，钢筋混凝土结构随之带来的问题也日益明显，尤其是钢筋混凝土的腐蚀问题。金属表面与周围介质发生化学变化及电化学作用而遭到的破坏，叫做金属腐蚀。如果这个破坏是发生在钢筋上的，便是钢筋腐蚀。水泥熟料颗粒水化时，将形成大量的氢氧化钙，所以混凝土对钢筋有保护作用。钢筋在这种高碱性环境下，表面能生成致密的钝化膜从而起保护作用。然而，在一定条件下，外界的侵蚀性物质能经过混凝土的孔隙，抵达钢筋表面，改变钢筋附近的环境，使钢筋表面钝化膜受到破坏而发生腐蚀。呈活化态的钢筋表面所发生腐蚀反应的电化学机理是，当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和液态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行，反应式如下：阳极反应：2Fe-4e→2Fe2+，阴极反应： O2+2H2O+4e→4OH-。腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出氢氧化铁，其反应式为：Fe2++4OH→2Fe(OH)2， 4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3。该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3，并进一步生成nFe2O3·mH2O(红锈)，一部分氧化不完全变成Fe3O4(黑锈)，在钢筋表面形成锈层。红锈体积可大到原来体积的4倍，黑锈体积可大到原来的两倍。混凝土中的钢筋锈蚀到一定程度，由于钢筋产生的体膨胀力足以使保护层混凝土开裂，而裂缝及保护层的剥落，又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。
对于钢筋的保护，阻锈剂能够有效的阻止或延缓氯离子对钢筋钝化膜的破坏，如专利号为CN201410053686.0的中国专利提供的掺入型咪唑离子液体混凝土钢筋阻锈剂和应用，但这类阻锈剂均是在钢筋表面形成保护膜，阻止混凝土中钢筋对氯离子的吸附，是一种被动的阻锈剂。
北京化工大学的硕士论文“焙烧水滑石(CLDH)对氯离子存在下钢筋腐蚀行为的影响”一文提出了用焙烧水滑石阻止氯迁移的方法，通过吸附将氯离子固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。但是这种吸附剂的材料不常见，成本高。
膨润土也称蒙脱土，其英文名为Bentonite，是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产。蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2∶1 型晶体结构，呈层状，具有特殊的吸水性、水塑性、粘结性以及较强的离子交换性等，是当今应用范围最广、经济价值较高的粘土矿物之一，它已被广泛应用于冶金、机械、石油、化工、高分子材料和环境保护等各个领域。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土的改性方法及其应用，将常见的膨润土、复合膨润土经铋表面改性，用于制备吸附型钢筋防锈剂，原材料易得，成本低。该改性材料制成的吸附型钢筋防锈剂可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种铋(III)改性膨润土的改性方法，该铋(III)改性膨润土由膨润土经硝酸铋改性而成；该铋(III)改性膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2～3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按重量与体积比为20∶30～50的比例，将煅烧膨润土在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡2～5h，进行表面改性；
S3、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到该铋(III)改性膨润土。
作为对上述技术的改进，本发明并提供了一种铋(III)改性复合膨润土的改性方法，该铋(III)改性复合膨润土由膨润土和聚苯胺的复合物经硝酸铋改性而成，该铋(III)改性复合膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2～3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按体积比为30∶50∶20的比例，取苯胺溶于二氧六环，再与6mol/L 的HCl混合，得到混合液体；
按混合液体的体积与煅烧膨润土的重量比为100∶30的比例，将煅烧膨润土加入到混合液体中，搅拌1～2h，得到混合物A；
S3、按过硫酸铵与蒸馏水的重量比为18.24∶40的比例将过硫酸铵溶于40 mL蒸馏水中，得到混合液B；
S4、将混合液B缓慢滴入混合液A中，冰水浴中聚合5～12h，得膨润土和聚苯胺的复合物；
S5、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到膨润土和聚苯胺的复合物干燥产物；
S6、按重量与体积比为20∶30～50的比例，将干燥产物在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡2～5h，进行表面改性；
S7、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到铋(III)改性复合膨润土。
本发明并提供了一种上述铋(III)改性膨润土的应用，所述铋(III)改性膨润土的改性方法所制得的铋(III)改性膨润土作为混凝土中吸附型钢筋防锈剂的应用。
本发明并提供了一种上述铋(III)改性复合膨润土的应用，所述铋(III)改性复合膨润土的改性方法制得的铋(III)改性复合膨润土在作为吸附型钢筋阻锈剂中的应用。
在混凝土施工中，将上述铋(III)改性膨润土或铋(III)改性复合膨润土混于水泥中，搅拌混合使用，即可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。改性前，不管是膨润土本身、还是聚苯胺吸附氯的能力都非常小，24h静态吸附实验检测的结果其吸附量都在 1.2mg/g以下，7天静态吸附检测吸附量在6.2mg/g以下，膨润土比聚苯胺略高；经过对膨润土、复合膨润土的改性，铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土对氯离子的吸附容量比较大，24h静态吸附实验表明，铋(III)改性膨润土吸附容量达30.4mg/g，铋(III)改性复合膨润土吸附容量达27.7mg/g。上述材料非常易得，又与水泥易混合，混合之后不影响水泥强度，甚至有所提高。对膨润土与水泥砂浆混合后性能研究可见《新型建筑材料》2012第4期的蒋林华的《膨润土水泥砂浆性能研究及机理研究》一文。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明，由铋(III)改性膨润土的改性方法的对膨润土进行改性、由铋(III) 改性复合膨润土的改性方法对膨润土和聚苯胺的复合物进行改性，改性后，该铋(III)改性膨润土、铋(III)改性复合膨润土制备成吸附型钢筋防锈剂，该吸附型钢筋防锈剂通过吸附作用将氯离子固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
该实施例的铋(III)改性膨润土的改性方法，该铋(III)改性膨润土由膨润土经硝酸铋改性而成；该铋(III)改性膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按重量与体积比为20∶30的比例，将煅烧膨润土在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡2h，进行表面改性；
S3、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到该铋(III)改性膨润土。
将这种铋(III)改性膨润土混于水泥中，搅拌混匀使用，实验证明铋(III)改性膨润土可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。
实施例2
该实施例的铋(III)改性膨润土的改性方法，该铋(III)改性膨润土由膨润土经硝酸铋改性而成；该铋(III)改性膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按重量与体积比为20∶50的比例，将煅烧膨润土在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡5h，进行表面改性；
S3、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到该铋(III)改性膨润土。
将这种铋(III)改性膨润土混于水泥中，搅拌混匀使用，实验证明铋(III)改性膨润土可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。
实施例3
本实施例对膨润土和聚苯胺的复合物进行改性，该改性方法的步骤是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按体积比为30∶50∶20的比例，取苯胺溶于二氧六环，再与6mol/L 的HCl混合，得到混合液体；
按混合液体的体积与煅烧膨润土的重量比为100∶30的比例，将煅烧膨润土加入到混合液体中，搅拌1h，得到混合物A；
S3、按过硫酸铵与蒸馏水的重量比为18.24∶40的比例将过硫酸铵溶于40 mL蒸馏水中，得到混合液B；
S4、将混合液B缓慢滴入混合液A中，冰水浴中聚合5h，得膨润土和聚苯胺的复合物；
S5、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到膨润土和聚苯胺的复合物干燥产物；
S6、按重量与体积比为20∶30的比例，将干燥产物在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡2h，进行表面改性；
S7、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到铋(III)改性复合膨润土。
将这种铋(III)改性复合膨润土混于水泥中，搅拌混合使用，实验证明铋(III) 改性复合膨润土可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。
实施例4
本实施例对膨润土和聚苯胺的复合物进行改性，该改性方法的步骤是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按体积比为30∶50∶20的比例，取苯胺溶于二氧六环，再与6mol/L 的HCl混合，得到混合液体；
按混合液体的体积与煅烧膨润土的重量比为100∶30的比例，将煅烧膨润土加入到混合液体中，搅拌2h，得到混合物A；
S3、按过硫酸铵与蒸馏水的重量比为18.24∶40的比例将过硫酸铵溶于40 mL蒸馏水中，得到混合液B；
S4、将混合液B缓慢滴入混合液A中，冰水浴中聚合12h，得膨润土和聚苯胺的复合物；
S5、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到膨润土和聚苯胺的复合物干燥产物；
S6、按重量与体积比为20∶50的比例，将干燥产物在0.3mol/L Bi(NO3)3浸泡5h，进行表面改性；
S7、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到铋(III)改性复合膨润土。
将这种铋(III)改性复合膨润土混于水泥中，搅拌混合使用，实验证明铋(III) 改性复合膨润土可以通过吸附作用将氯离子吸附、固定，砠碍氯离子向钢筋的迁移，减少水泥中氯离子的浓度。

Claims (4)

1.一种铋(III)改性膨润土的改性方法，其特征在于：该铋(III)改性膨润土由膨润土经硝酸铋改性而成；该铋(III)改性膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2～3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按重量与体积比为20∶30～50的比例，将煅烧膨润土在0.3mol/LBi(NO3)3浸泡2～5h，进行表面改性；
S3、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到该铋(III)改性膨润土。
2.如权利要求1所述铋(III)改性膨润土的改性方法所制备的铋(III)改性膨润土作为混凝土中吸附型钢筋防锈剂的应用。
3.一种铋(III)改性复合膨润土的改性方法，其特征在于：该铋(III)改性复合膨润土由膨润土和聚苯胺的复合物经硝酸铋改性而成，该铋(III)改性复合膨润土的改性方法是：
S1、膨润土在马弗炉中500℃煅烧2～3h，冷却至室温，得到煅烧膨润土；
S2、按体积比为30∶50∶20的比例，取苯胺溶于二氧六环，再与6mol/L的HCl混合，得到混合液体；
按混合液体的体积与煅烧膨润土的重量比为100∶30的比例，将煅烧膨润土加入到混合液体中，搅拌1～2h，得到混合物A；
S3、按过硫酸铵与蒸馏水的重量比为18.24∶40的比例将过硫酸铵溶于40mL蒸馏水中，得到混合液B；
S4、将混合液B缓慢滴入混合液A中，冰水浴中聚合5～12h，得膨润土和聚苯胺的复合物；
S5、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到膨润土和聚苯胺的复合物干燥产物；
S6、按重量与体积比为20∶30～50的比例，将干燥产物在0.3mol/L的Bi(NO3)3浸泡2～5h，进行表面改性；
S7、抽滤，用蒸馏水洗至中性，60℃干燥，得到铋(III)改性复合膨润土。
4.如权利要求3所述铋(III)改性复合膨润土的改性方法所制备的铋(III)改性复合膨润土作为混凝土中吸附型钢筋防锈剂的应用。
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