凹凸棒石粘土沉降分散行为研究
凹凸棒土的应用与研究
1 食品行业凹凸棒石粘土本身无毒，价格低廉且使用效率高，是一种优良的脱色剂，能截留或吸附带色物质和杂质。
使用凹凸棒石粘土可替代当前的活性炭和活性白土，用于植物油、动物油脂、明胶等粘稠度较高的产品脱色和精制。
用盐酸活化后的凹凸棒石粘土对菜油、豆油等食用油的脱色能力可提高2倍以上。
脱色净化的色拉油，酸价较低，可省去脱水工序。
过滤后的滤饼（植物油、动物脂等）可以再生利用，不污染环境。
凹凸棒石粘土也可用作糖浆、蔗汁、甜菜汁、低浊度天然水、矿泉水、以及啤酒、麦芽汁、果汁、葡萄酒、果酒等饮料的过滤剂和澄清剂，它既能脱色，又能清除其中的微生物及其他杂质（如果汁、葡萄酒中的农药）。
其还具有特殊专一的吸附性，能吸附植物油中强致癌物质—黄曲霉毒素并且使用十分简便，无需改变原有生产工艺。
2 农业利用凹凸棒土比表面积大、吸附力强、粘结性好和密度低的特点，可作颗粒农药造粒剂，不仅可以提高颗粒肥料成粒率，增强复混肥的造粒速度，而且造粒强度高，不结块，不返潮，颗粒均匀，表面光滑，色泽度好；利用凹凸棒土生产的农药在土壤中释放缓慢，可以延长药效，粒状和粉状凹凸棒石粘土已广泛用作杀虫剂、杀菌剂、除草剂等的载体。
用酸处理过的凹凸棒石粘土能有效地防止硝酸铵、硫酸铵、尿素等氮肥中的氨的损失，具有固氨作用，可减少肥料流失，延缓养分的释放期，提高肥料利用率，改良土壤活性；利用凹凸棒土的阳离子交换能力，使其在土壤中起到保水，调节PH值的作用，并可为植物提供一定的微量元素，促进植物生长。
利用它的悬浮性、增稠性可用作粉剂农药、液体农药的悬浮剂、增稠剂，便于飞机大面积喷洒。
凹凸棒土承载性能好，酸碱度适中，粒度均匀，土中汞、铅、砷等有毒元素分别低于国家标准，可替代玉米粉作为饲料添加剂使用，可以节约粮食，降低饲料成本，提供动物必须的微量元素，并可防止动物拉稀，同时能改善饲养场环境。
另外，凹凸棒土中含有鱼类生长必需的多种微量元素，作为添加剂应用在鱼类颗粒配合饵料的生产中，可以减少无机盐用量，部分取代常用的粘结剂，而且制成的颗粒饵料有良好的漂浮性和粘结性，符合鱼类颗粒饵料的质量要求。
凹凸棒粘土的研究现状及发展趋势
蓬黧量爨整!凰，凹凸棒粘土的研究现状及发展趋势陈冠熠(天津工业大学，天津市300160)j|毽镳『}{|j豁l姆遴气酶舀蒜媾警馘醚交孤意篝整专鸷晦j蛰玛疆酶蠛强鹋硬誉誉曦最黪壅臻谤囊潦《蕊狳辆鞭凝聚戆瓷美鹣翅1氇蒋嵩妥j镪决战乖畦《i0≮i；j；：{ii叠乏j li{；1；_}；|l；{|}{i§ij§；!I|=tt誊ilE专；§}j{__}?§j j瓢t{；¨i|i__U皂奁蕊强舀稀满i擎^：I乙淳臻淑誊錾莓曦壤磊戳媾翥法蛩鸯．聚趋黉警j薯|；i|}¨i*i j i；毫I；i§i。
t1_；|j1I|t；ii|i I l凹凸棒黏土简称凹土(a t t a pul gi t e)，又名坡缕石(pa l ygors ki t e)，是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的黏土矿，具有滑感、质轻、吸水I蛔虽、遇水不膨胀、湿时具有黏性和可塑性等特性。
由于它本身的特殊结构，凹土已在建材、采矿、化肥、食品、农药、印染、环保等领域得到广泛应用，素有“千面用土”之称。
1凹凸棒的粘土的化学结构Fq土的理论化学式为M95s i8020(O H)2(O H2)44H20，其结构已由Br adl ey于1940年提出，凹凸棒石的晶体结构属：1)型过渡I生层链状结构，上下；2)层是S i一0四面体，中间1层是性I、M g、Fe)一O一(O H)八面体。
单晶内部是7LJA结构，内部拥有巨大的比表面积，属于多孔材料。
独特的微观结构、外观形貌以及荷电性质，使凹土具有强吸附性，在选择吸附、吸附—缓释、脱色、吸水、除臭、去味、催化、离子交换、分散、悬浮、触变、平流、流变、黏结、抗盐、热稳定等方面具广泛作用。
2凹凸棒黏土的基本性质1)吸附性。
H-I-的吸附性主要取决于它较大的比表面积和特殊的表面物化结构及离子状态。
凹土的化学吸附作用主要表现为：a．硅氧四面体内类质同象置换，产生弱电子；b．与金属阳离子配位的水分子与吸附核形成氢键：c．S卜C卜-Si中氧硅键的断裂可以与被吸附的物质形成共价键，产生较强的吸附能力；d非等价类质同象置换及配位水失去而产生的电荷不平衡负电性吸附。
凹凸棒石的岩石学特征和成因分析
凹凸棒石的岩石学特征和成因分析岩石学是地质学中研究岩石的组成、结构、性质和形成机制的一门学科。
在岩石学中，凹凸棒石是一种与地球内部动力活动和洋中脊扩张有关的特殊岩石。
本文将着重探讨凹凸棒石的岩石学特征和成因分析。
首先，我们来了解凹凸棒石的岩石学特征。
凹凸棒石是一种具有特殊形态的火成岩，呈棒状结构，表面覆盖着凹凸不平的突起。
它的颗粒呈椭圆形，大小约为几毫米至几十厘米。
凹凸棒石的颜色多样，可以是黑色、灰色、红色或绿色。
其质地坚硬，通常呈块状或颗粒状分布。
其次，凹凸棒石的成因分析。
凹凸棒石主要形成于洋中脊扩张带和火山弧带等构造环境。
在大洋中脊扩张区，地壳因为板块拆离而形成裂隙，岩浆在裂隙中上升，并迅速冷却和凝固，最终形成凹凸棒石。
而火山弧带主要是由于板块俯冲引起的岩浆活动，凹凸棒石常出现在岩浆喷发的过程中。
这些特殊的构造环境导致了凹凸棒石的独特形态和分布。
凹凸棒石的形成受到多种因素的影响。
首先是岩浆来源。
大部分凹凸棒石形成于较酸性至中性的侵入性岩浆中，如花岗岩、辉石岩和闪长岩。
其次是岩浆的冷却速度。
岩浆在喷发或侵入过程中迅速冷却，形成颗粒状结构的凹凸棒石。
此外，压力和分离作用也对凹凸棒石的形成起到了重要作用。
高温高压环境下，侵入性岩浆中的矿物会发生相互作用和分离，形成凹凸棒石。
凹凸棒石的化学成分也是其独特的特征之一。
凹凸棒石主要由硅酸盐矿物组成，如石英、长石和角闪石等。
此外，它还含有少量的黑云母、斜长石和辉石等。
这些矿物的成分和结构可以帮助我们进一步理解凹凸棒石的形成过程和时间。
通过岩石中各种矿物的组合和含量，我们可以推断凹凸棒石形成的温度、压力和地质时代。
最后，凹凸棒石在地质学研究中具有重要的价值。
它是研究地球内部动力活动和岩石循环的重要指示岩石之一。
通过对凹凸棒石的形态和分布进行观察和分析，可以帮助我们了解地球内部岩浆活动的演化过程。
另外，凹凸棒石还可以作为岩石成因和地质历史的重要证据，为地质研究提供有力支持。
凹凸棒石粘土的孔隙结构与吸附性能研究
凹凸棒石粘土的孔隙结构与吸附性能研究摘要：凹凸棒石粘土是一种常见的天然黏土材料，具有良好的吸附性能，广泛应用于环境治理、水处理、废水处理等领域。
本文通过对凹凸棒石粘土的孔隙结构进行研究，探讨了其吸附性能的影响因素和机制。
研究结果表明，凹凸棒石粘土的孔隙结构对其吸附性能起到至关重要的影响，孔隙大小和分布对物质的吸附速率和容量有着重要影响。
同时，凹凸棒石粘土的表面性质和孔隙结构之间存在着相互作用关系，这种相互作用也对吸附性能产生了重要影响。
研究结果对于提高凹凸棒石粘土的吸附性能，进一步拓宽其应用领域具有重要意义。
1. 引言凹凸棒石粘土作为一种常见的天然黏土材料，其具有良好的吸附性能，被广泛应用于环境治理、水处理和废水处理等领域。
为了进一步提高凹凸棒石粘土的吸附性能，研究其孔隙结构和吸附机制显得尤为重要。
本文将对凹凸棒石粘土的孔隙结构与吸附性能之间的关系进行深入研究，并探讨其在环境治理中的应用前景。
2. 凹凸棒石粘土的孔隙结构凹凸棒石粘土的孔隙结构主要包括孔隙大小、孔隙分布和孔隙形状等参数。
其中，孔隙大小是指孔隙的直径或半径大小；孔隙分布是指孔隙在材料中的分布情况；孔隙形状是指孔隙的几何形状，如球形孔隙、裂缝状孔隙等。
研究表明，凹凸棒石粘土具有丰富的孔隙结构，具有毛细孔、中孔和大孔等多种孔隙类型。
3. 凹凸棒石粘土的吸附性能凹凸棒石粘土的吸附性能受到多种因素的影响，包括孔隙结构、表面性质和吸附物质的性质等。
研究发现，孔隙大小和分布对凹凸棒石粘土的吸附速率和容量具有重要影响。
较大的孔隙有利于物质的扩散和传输，从而提高吸附速率；而较小的孔隙则有助于增加吸附表面积，提高吸附容量。
此外，凹凸棒石粘土的表面性质也对其吸附性能产生重要影响，表面的活性位点可以与吸附物质发生相互作用，增强吸附效果。
4. 凹凸棒石粘土的吸附机制凹凸棒石粘土的吸附机制包括物理吸附和化学吸附两种类型。
物理吸附是指吸附物质与凹凸棒石粘土表面之间的弱作用力，如范德华力和静电力等；而化学吸附则是指吸附物质与凹凸棒石粘土表面发生化学反应形成化学键。
凹凸棒石粘土在环境修复中的应用研究
凹凸棒石粘土在环境修复中的应用研究摘要：凹凸棒石粘土是一种具有特殊孔隙结构和吸附性能的环境修复材料。
本文通过文献综述的方法，对凹凸棒石粘土在土壤和水体修复中的应用进行了研究。
研究结果表明，凹凸棒石粘土具有优异的吸附性能和固化效果，在土壤重金属污染和水体有机污染修复中具有广泛应用前景。
关键词：凹凸棒石粘土，环境修复，土壤重金属污染，水体有机污染1. 引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益突出。
特别是土壤重金属污染和水体有机污染对生态环境和人类健康造成了严重影响。
因此，寻找一种安全、高效的环境修复材料成为了当今研究的热点之一。
凹凸棒石粘土是一种常见的天然矿物质，具有特殊的孔隙结构和吸附性能。
它是由硅酸铝矿物质在地球表面经过长时间的风化作用形成的，具有较大比表面积和孔隙体积。
因此，凹凸棒石粘土被广泛应用于土壤和水体的修复工作。
2. 凹凸棒石粘土在土壤修复中的应用研究2.1 土壤重金属污染修复重金属污染是土壤修复中面临的一个重要问题。
凹凸棒石粘土具有很好的吸附性能，可以有效去除土壤中的重金属污染物。
研究表明，凹凸棒石粘土在镉、铅、铬等重金属的吸附方面表现出较高的效果。
该材料可以通过吸附作用将重金属离子固定在其表面，并形成易于稳定处理的复合材料。
2.2 土壤污染物固化修复除了重金属污染修复外，凹凸棒石粘土还可以固化有机污染物，如石油类、苯和酚类化合物等。
研究发现，凹凸棒石粘土中的吸附孔隙可以与有机物分子之间形成氢键或范德华力，从而有效吸附和固化有机污染物。
此外，凹凸棒石粘土还可以通过调整其表面性质和孔隙结构，实现对不同类型土壤污染物的修复。
3. 凹凸棒石粘土在水体修复中的应用研究3.1 有机污染物去除凹凸棒石粘土具有良好的吸附性能，可以用于水体中有机污染物的去除。
研究表明，凹凸棒石粘土可以去除苯、酚、农药等有机污染物，去除率高达90%以上。
这归功于凹凸棒石粘土的大比表面积和孔隙结构，能够更好地与有机污染物发生相互作用。
凹凸棒石粘土在水下不分散混凝土中应用的探索试验 机理类似化肥 最重要
第23卷第5期非金属矿Vol123No15 2000年9月Non2Metallic Mines Sep,2000凹凸棒石粘土在水下不分散混凝土中应用的探索试验韩静云 顾兴东 彭振跃 吴好汉(苏州城建环保学院城建系,苏州 215011)摘 要 论述了凹凸棒石粘土在水下不分散混凝土中应用的探索试验。
试验结果表明,凹土比表面积大、吸着能力强,能使混凝土拌合中的水、水泥、砂等集料相互吸附,防止离析,同时能改善其流动性、成型性及增长其强度,且又能有效防止材料在水下离析,证明凹土可有效地应用于水下不分散混凝土。
关键词 凹凸棒石粘土 离析 水下不分散混凝土 应用 试验 自1979年在盱眙、六合地区首次发现具有工业价值的凹凸棒石粘土(下称凹土)矿以来,目前全国已发现42个矿点,有关部门对它在抗盐泥浆、脱色吸附、除毒、除臭和涂料等方面的应用,进行了工业性应用试验。
但在建筑领域中,到目前为止凹土的应用尚在开发。
根据有关文献报道,凹土在建筑中有着广阔的应用前景:可用作有机涂料和密封材料的优良添加剂;特殊功能混凝土的组成材料,如泵送混凝土、水下不分散混凝土等。
本文将就凹土在水下不分散混凝土中的应用进行初步探索,旨在防止新拌混凝土在水下分散,改善水下混凝土的施工性能,简化施工过程,同时保持其强度不降低。
1 概述凹凸棒石[Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4・4H2O]是一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。
化学成份理论值为:MgO,23138%;SiO2,56196%; H2O,19121%。
自然界中的凹凸棒石常有Al3+、Fe3+等类质同象置换,其晶体呈针状、纤维状或纤维状集合体。
凹土的颜色因含杂质不同而呈白色、浅灰色、浅绿色或浅褐色,属沉积2风化成因,呈土状、致密块状,具有土状光泽或弱丝绢光泽,细腻,有油脂滑感,质轻、性脆。
凹土中晶体纤维细而短,仅1μm,粗仅01001～01025μm;密度小,为2105～2130,能浮于水面,质松多孔,干时吸水性强;湿时具粘性和可塑性;干后收缩性小,不大显裂纹;在水中不膨胀或无明显膨胀,以此与蒙脱土区别;悬浮液在高温和盐水中(电解质)中稳定性良好,耐酸碱。
关于盱眙凹凸棒石黏土资源开发利用的调查报告
关于盱眙凹凸棒石黏土资源开发利用的调查报告一、凹凸棒石黏土简介凹凸棒石粘土是指以凹凸棒土(attapulgite)为主要矿物成份的一种天然非金属粘土矿物，在矿物学上隶属于海泡石族[1,2]。
凹凸棒石是一种链层状结构的含水镁铝硅酸盐矿物，属于2∶1型的层状矿物。
1862年，俄国学者隆科钦科夫最早在乌拉尔矿区的热液蚀变产物中发现这一矿物并将它命名坡缕土(Palygorskite)。
1935年法国学者拉巴特朗(de Lapparent)在美国佐治亚州凹凸堡(Attapulgus)的漂白土中发现而命名为凹凸棒土(简称凹土)。
后来Huggins等证明两种粘土具有相同的结构，属于同一矿物。
凹凸棒石呈土状、致密块状，产于沉积岩和风化壳中，颜色为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。
土质细腻，有油脂滑感，质轻，性脆，吸水性强，湿时具粘性和可塑性。
研究表明，凹凸棒石粘土可应用于建材、化工、机械、军工、核工业、纺织、环保、造纸、医药、食品等多个领域，有“千用之土、万土之王”之美誉。
凹凸棒土原土中含有70%～80%的凹凸棒土，10%～15%的蒙脱土和海泡石，4%～8%的石英，1%～5%的方解石或者白云石，在加工的过程中非粘土成分被除去。
因此，最终的的产品中含有85%～90%的凹凸棒土。
1940年Bradley首先阐明了凹凸棒土的结构(如图1所示) 。
图1凹凸棒石的理想结构示意图凹凸棒土的典型化学式为Si8Mg5O20(OH)2(OH2)4·4H2O。
据国外矿物分析，凹凸棒土的化学成分质量分数为：SiO2 53.61%，Al2O3 9.29% ，Fe2O3 3.1%，TiO2 0.39%，MgO13.20%，CaO 0.2%，Na2O 0.04%，K2O 0.25%，H2O 19.8%。
其结构可分为3层。
上下两层是硅氧四面体结构，中间是一层Mg-O八面体。
这些结构单元按方格形式交错排列，构成c轴方向的双链状、沿a、b轴方向的层状结构。
凹凸棒黏土-简称凹土,是一种以凹凸棒石为主要成分的具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物
凹凸棒黏土-简称凹土，是一种以凹凸棒石为主要成分的具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物凹凸棒黏土-简称凹土，是一种以凹凸棒石为主要成分的具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，在矿物学上属于海泡石族，具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力，并具有一定的可塑性及黏结力。
学术术语来源——胶原蛋白与黏土混合材料的性能研究文章亮点：实验将不同比例凹凸棒黏土与胶原蛋白混合，采用真空冷冻方法构建一种新型组织工程支架材料，发现胶原蛋白-凹凸棒黏土支架材料具有良好的细胞相容性，在动物体内可以完全降解并被吸收。
关键词：生物材料；骨生物材料；胶原蛋白；凹凸棒黏土；支架；生物相容性主题词：胶原；蛋白；干细胞摘要背景：凹凸棒黏土质轻，吸水性强，湿时具有黏性和可塑性等特性，被广泛应用于各个领域，但将凹凸棒黏土作为骨修复材料鲜有报道。
目的：将胶原蛋白与不同比例凹凸棒黏土混合，构建一种新型组织工程支架材料，以期运用于骨修复。
方法：将胶原蛋白和凹凸棒黏土以干质量比为1∶0、5∶1、4∶1、3∶1的比例混合均匀，冷冻干燥，制备支架材料，扫描电镜观察材料的表观特征，检测1%京尼平交联前后材料的孔隙率和质量吸水率。
将4组比例材料分别与大鼠骨髓间充质干细胞共培养，培养3 d及7 d分别进行扫描电镜观察及苏木精-伊红染色。
将1%京尼平交联后的4组比例材料分别植入大鼠体内，1个月后观察材料降解情况。
结果与结论：材料呈多孔海绵状，交联前材料的孔隙率在60%-80%之间，交联后材料的孔隙率在40%-65%之间，4组之间交联前后孔隙率比较差异无显著意义(P > 0.05)。
4组材料交联后的质量吸水率较交联前显著降低(P < 0.05)。
胶原蛋白-凹凸棒黏土支架材料具有良好的细胞相容性，在动物体内可以完全降解并被吸收，但不同比例配比降解速率不一，无炎症反应。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程。
凹凸棒土的应用研究
第14卷第10期2005年10月 中 国 矿 业CHINA MINING MAG AZINE Vol 114,No 110October 2005基金来源:江苏科技攻关立项项目(编号:B E2004387)收稿日期:2005-05-10作者简介:胡 涛(1976-) 男 博士 毕业于南京工业大学化工学院 主要从事抗菌剂 催化剂 吸附剂等材料性能研究凹凸棒土的应用研究胡 涛 钱运华 金叶玲 梅 莉(淮阴工学院生化系・淮安223001) 摘 要 凹凸棒土是一种以凹凸棒石为主要成分的粘土矿。
对凹凸棒土的组成、结构及特性进行了介绍,并详细介绍了其在食品、农业、轻工业等行业中的应用研究进展。
关键词 凹凸棒土 性能 应用中图分类号 TD873+11 文献标识码 B 文章编号 1004-4051(2005)10-0073-04STU DY ON THE APPL ICATION OF ATTAPU L GITE C LAYHu Tao Qian Yunhua Jin Yeling Mei Li (Bioengineering and Chemical Engineering Department ,Huaiyin Institute of Technology ・Jiangsu Huaian 223001) Abstract :Attapulgite clay is a kind of mine that taking attapulgite as basis.The composingconfiguration and characteristic of attapulgite clay were introduced.In addition ,the application of attapulgite in foodstuff ,agriculture ,light industry etc.was described.K eyw ords :Attapulgite Property Application 凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物。
粘土分散性试验研究
粘土分散性试验研究一、前言分散性粘土在世界各地均有分布，20世纪50年代在澳大利亚首先发现了分散性粘土，并认识到对水利工程的破坏作用。
1949年，美国wister大坝发生管涌，渗出的水是浑浊的，事故后发现是由于防渗土料的分散性导致严重管涌。
70年代我国黑龙江省在兴建引嫩工程时遇到冲蚀破坏现象。
80年代在南部引嫩工程中土坝和水渠发生严重的管涌破坏，经调查试验鉴定筑坝土料为分散性粘土。
除此之外，黑龙江省北部引嫩工程乌北段75km渠堤的管涌破坏，齐齐哈尔汇东灌区6支渠堤管涌破坏，黑龙江省富裕县繁荣灌区引水破坏比均由分散性粘土导致。
分散性粘土（Dispersive Clay）是一种在低含盐量的水（或纯净水）中由于离子的相互排斥力超过相互吸引力，导致土体颗粒分散的粘性土。
大部分分散性土由蒙脱石组成，并且含有大量的钠离子，具有较低的耐冲蚀性、低的抗剪强度和抗渗性能，较强的收缩潜势。
在低含盐量的水中，分散性土分散迅速，土颗粒极易被水流带走，甚至比细砂或粉土更为严重，这就为土体渗透和渗透破坏提供了条件，造成工程破坏，随着水中盐浓度的增加，分散程度逐渐减小，当盐浓度达到一定程度时，分散性土就不再分散。
工程实践证明，分散性粘土对水利工程的破坏是严重的、迅速的，但只要采取正确，适合的措施，用分散性粘土修筑挡水工程是安全可行的。
以往发生的破坏都是在不了解分散性粘土的性质和没有采取防治措施的情况下发生的，对分散性粘土进行鉴定，并采取一定的措施后就能有效的防止分散性粘土的破坏作用，国内外都有成功的经验，因此用它来筑坝是可以的，本文将介绍分散粘土的各项鉴定试验方法，以及初步探析土分散性机理。
二、分散性粘土的鉴定试验方法（1）针孔试验：针孔试验是模拟在一定的水头下，土壤的孔隙壁上的颗粒所具有承受一定动能的水流的冲蚀能力，它表示分离颗粒所需的力。
这个试验方法和判断标准是通过对大量的样品试验得到的。
针孔试验直观地模拟了天然土体中的孔隙在渗透水流作用下所承受的冲蚀条件，具有广泛的工程显示意义，被认为是最可靠的鉴定方法，同时也是分散性其它鉴定方法最直接和可靠的验证。
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第41卷 第4期2005年7月 南京大学学报(自然科学)J OU RNAL OF NANJ IN G UN IV ERSIT Y (NA TU RAL SCIENCES )Vol.41,No.4J uly ,2005凹凸棒石粘土沉降分散行为研究Ξ金叶玲1ΞΞ,陈 静1,钱运华1,赵宇培2,姚虎卿2(1.淮阴工学院化工系,江苏淮安,223001;2.南京工业大学化工学院,南京,210009)摘 要: 采用重力沉降分析法研究了酸碱度、表面活性剂、溶剂等对凹凸棒石粘土沉降分散行为的影响,并进行了理论分析.研究表明,溶液的p H 、表面活性剂浓度和分散介质类别均影响凹凸棒石粘土的沉降分散行为;凹凸棒石粘土表面及介质的极性变化是凹凸棒石粘土沉降分散行为改变的重要因素.凹凸棒石粘土的沉降分散行为具有规律性:即溶液的酸碱电解质浓度越大,凹凸棒石粘土分散稳定性越好.分散介质的极性越大,凹凸棒石粘土的分散状况越好.表面活性剂能明显促进凹凸棒石粘土在低介电常数有机介质中的分散状况,高浓度的表面活性剂促进凹凸棒石粘土分散及其稳定性的增强.凹凸棒石粘土表面及介质的极性增大会使凹凸棒石粘土粒子间斥力增强,促进粒子破碎,改善粒子的粒径分布,同时使粒子在电斥力作用下分散稳定性增高.关键词: 凹凸棒石粘土,沉 降,分 散中图分类号: TQ 17Deposition and Dispersion of Attapulgite ClayJi n Ye-L i ng 1,Chen Ji ng 1,Qian Y un-Hua 1,Zhao Y u-Pei 2,Y ao Hu-Qi ng2(1.Institute of Huaiying Technology ,Huai ′an Jiangsu ,223001,China ;2.Nanjing University of Technology ,Nanjing ,210009,China )Abstract : A gravitational depositional experiment was established to study the effects of acidity ,surface-active agent and solvent on sedimentation and dis persional behavior of attapulgite clay in various media.The results shows that p H values of solution ,concentration of surface-active agent and the kind of solvent can efectively influence the dis persional behavior of attapulgite particles.The variation of the polarities of the attapulgite surface and the media is the main reason that causes changes of depositional and dis persional behaviors of the attapulgite particles.It is clear that the higher the concentration of acid or alkaline electrolytes ,the better the dis persional stability ,and the stronger the polarity of dispersants ,the better the dispersional stability.Surface-active agents can probably facilitate the decentralization of atta pulgite clay in organic dispersants with low dielectric constant ,and thus the com paratively high concentration of surface-active agents is crucial to the decentralization of attapulgite clay.The polarity augmentation of either the attapulgite surface or the media will increase the strong repulsive power ,which facilitates the crush of the particles ,thus improving the distribution of particle bulk.At the same time ,the action of electronic re pulsive power heightens the sus pension stability of attapulgite solution.K ey w ords : attapulgite clay ,deposition ,dispersionΞΞΞ通讯联系人,E -mail :jinyl @基金项目:江苏省科技攻关项目(BE2004387)收稿日期:2005-03-01 凹凸棒石粘土作为塑料、橡胶和涂料等高分子材料的添加剂不仅可以降低成本,而且具有优良的补强作用,一直是凹凸棒石粘土应用研究的热点[1～4].资料表明,凹凸棒石粘土在介质中的分散和悬浮稳定性对浆料和涂料的性能有显著影响[5,6],但理论探讨凹凸棒石粘土在各种介质中的分散团聚行为目前还未见相关报道.分散体系的悬浮稳定性不仅与体系的粒径分布有关,而且还与粒子间的作用力密切相关.与粒径分析实验相比,沉降分析法虽然仅能粗略反映粒子的粒径分布,但它能同时通过沉降时间的测定来反映系统的分散稳定性状况,因此沉降分析法在研究分散体系的沉降和悬浮稳.显微观测法可以即时直观地反映粒子分散团聚状态,是沉降分析法的重要补遗.本论文采用重力沉降分析实验为主,显微观测为辅的研究方法,探讨了溶液p H值、分散介质和表面活性剂等因素对凹凸棒石粘土沉降分散行为的影响,为凹凸棒石粘土的开发利用提供相关参考依据.1 实验部分1.1 主要原料及设备 凹凸棒石粘土(江苏盱眙产,欧伯特凹凸棒石粘土有限公司提供,标号为15#,凹凸棒石粘土含量68.3%);十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠,化学纯,上海化学试剂有限公司;其它试剂为分析纯.实验用水为二次蒸馏水.JA1003型电子天平(上海精科天平厂); PHS-2C型酸度计(金坛市现代仪器厂); BX-41型显微镜(日本Olympus).1.2 凹凸棒石粘土的提纯 配制一定浓度的分散剂水溶液,恒温搅拌下加入凹凸棒石粘土(固液比为1∶20),充分搅拌15min后,将此悬浮液置于超声波振荡器中超声震荡[7],至悬浮液中的凹凸棒石粘土颗粒充分水化分散,静置30min后,将此悬浮液上下两部分分离,取上部凹凸棒石粘土用二次蒸馏水充分洗涤,去除分散剂后,采用真空冷冻干燥,得提纯凹凸棒石粘土[8],提纯后的凹凸棒石粘土密封待用.X-衍射实验表明提纯后的凹凸棒石粘土纯度为99.8%.1.3 凹凸棒石粘土悬浊液的p H测定 由于高浓度时凹凸棒石粘土很难充分分散,难以开展沉降实验.因此通过实验比较选择0.1%的凹凸棒石粘土浓度为实验浓度.取提纯后的15 #凹凸棒石粘土用去离子水配成0.1%悬浊液,在磁力搅拌器上低速搅拌,同时测定悬浊液p H的变化.以盐酸或氢氧化钠溶液调节上述悬浊液获得不同p H值下的凹凸棒石粘土悬浊液.图1 重力沉降实验装置 Fig.1 G ravitational deposition instrument1.4 沉降实验 通过实验考察凹凸棒石粘土在不同溶液中的沉降率随时间的变化,进而考察凹凸棒石粘土的沉降-分散规律.实验装置如图1所示.在沉降烧杯中加入200mL二次蒸馏水或其它溶剂,调节p H值或加入表面活性剂后,加入纯的15#凹凸棒石粘土0.2000 g,在磁力搅拌器上低速搅拌20min后静置5 s,开始沉降实验:放下沉降盘,5s开始记时,开始以5s为间隔,后10s为间隔,逐步换成1 min、5min、10min、20min等,在出现相同沉降值时调高间隔时间且累记1h内沉降量不再发生变化时,即认为已达沉降终点.绘出凹凸棒石粘土沉降率随时间的变化曲线即为沉降曲线.・34・南京大学学报(自然科学)第41卷沉降率=即时沉降量/总沉降量;沉降时间为开始记时至沉降终点的时间.1.5 显微观测 待观测的凹凸棒石粘土悬浊液在磁力搅拌器上低速搅拌20min 后,取一滴于载玻片上,在600倍显微镜下即时观察分散状态.2 结果与分析2.1 溶液p H 值对凹凸棒石粘土沉降行为的影响 在一定的温度下,凹凸棒石粘土在水中有确定的p H 值.以25℃为例,实验测得0.1%的15#凹凸棒石粘土在纯水中形成的悬浊液p H 值为8.5.分析认为,这是由于水中H +体积小,电荷密度高,粘土对它吸附相对较强,因而改变了水的电离平衡,使溶液中的OH -浓度增加,从而溶液呈现一定的碱性.具有一定粒径分布的分散体系其沉降曲线的典型形状为上凸形[9](图3a ),反映出大颗粒沉降速度快而小颗粒沉降速度慢的规律.上凸形曲线的拐角前部分近似直线,表明有高的沉降速率,该部分记录的是体系中大粒子的沉降;体系中重力作用和布朗运动趋于平衡的中粒径粒子的沉降对应于斜率逐渐变小的拐角部分;斜率接近零的拐角后部分是体系中小粒子沉降过程.(a )为凹凸棒石粘土在不同p H 值水溶液中的沉降率随时间的变化曲线(b )为沉降时间随p H 值变化的曲线图2 凹凸棒石粘土在不同pH 值水溶液中的沉降曲线Fig.2 Depositional curves of attapulgite in aqueous solutions with different pH图3 不同pH 水溶液中的凹凸棒石粘土显微分散照片Fig.3 Microstructures of attapulgite clay in various aqueous solutions with different pH values・134・ 第4期金叶玲等:凹凸棒石粘土沉降分散行为 图3a为凹凸棒石粘土在不同p H值水溶液中的沉降曲线,由图可知,不同p H值的凹凸棒石粘土沉降率与时间的关系曲线均为上凸形,符合典型沉降曲线的形状,表明凹凸棒石粘土分散系具有一定粒径分布;但曲线拐角形态明显不同,可分两类:一类沉降曲线拐角相对尖锐,如溶液p H值为4.5、6.5、9.5的曲线;另一类则弧度明显较大,如具有代表性的p H为2.5、12.5的曲线.以p H=2.5和p H=6.5两条曲线(分别用1和2表示)为例,分析比较两类曲线实验数据:在沉降1min时,1的沉降率比2小1.7%,可以认为1的大粒径粒子相对较少;沉降5min时,1比2多沉降5.58%,表明1中的中粒径粒子相对较多;1用了100min 完成最后2%,而2仅用了23min,分析认为这一现象有两种原因造成:1中小粒子的粒径小于2中或1中的粒子间斥力较大(该因素对小粒子影响较突出).与2相比,1中粒子总体上粒径趋小,粒子间斥力相对较大,即凹凸棒石粘土在1中分散效果较2中好.因此,可以认为曲线的弧度越大,凹凸棒石粘土的分散效果越好.图3b为沉降时间随溶液的p H值变化曲线,由图发现沉降时间随溶液的酸碱度增加而增加,表明凹凸棒石粘土的分散稳定性随酸碱度增大而增大.显微观测实验结果如图3所示.在600倍显微镜下可见,凹凸棒石粘土颗粒为纤维状的团聚体,大部分具一定透光性;p H2.5的样品分散状况明显好于p H6.5的样品分散,粒径分布以10μm以下粒子居多;p H6.5的样品中团聚现象严重,部分粒子的粒径达100μm.分析认为,由于晶格缺陷、同晶置换、表面羟基等结构上的原因,凹凸棒石粘土具有一定的极性,其颗粒表面在水中呈负电性[10].根据DVLO理论,当在水介质中加入少量的酸碱电解质后,溶液中反离子浓度升高破坏了原来凹凸棒石粘土双电层中反离子的平衡,更多的反离子进入吸附层,使吸附层中净电荷减少,电斥力下降,聚沉加速;当酸碱电解质浓度继续增大时,凹凸棒石粘土表面重新带相反电荷,电斥力逐渐增加,进而体系重趋稳定,且分散稳定性随电解质浓度增大而增强.此外,在电斥力协同下,渗透水产生的渗透压和熵斥力共同作用使凹凸棒石粘土微粒间的绞结强度降低,减少了固体粒子碎裂所需的机械功,使粒子被碎裂成更小的晶体;电斥力越大,则粒子越容易碎裂并分散.显微观测实验与沉降实验的结论一致. 2.3 溶剂极性对凹凸棒石粘土沉降行为的影响 选择二甲苯、异戊醇、甲醇、正丁醇四种溶剂作为分散介质,考察凹凸棒石粘土在不同极性溶剂中的沉降分散行为,实验结果如图4所示.图4 凹凸棒石粘土在不同的溶剂中的沉降行为Fig.4 Depositional curves of attapulgite clay indifferent solvents 不同介质中的凹凸棒石粘土沉降率与时间的关系曲线也均属上凸形,符合典型沉降曲线的形状,但随介质极性改变,沉降曲线区别明显,凹凸棒石粘土在极性溶剂甲醇、正丁醇中的分散状况优于在非极性溶剂二甲苯和弱极性溶剂异戊醇中的分散.凹凸棒石粘土在甲醇、正丁醇、二甲苯、异戊醇中的沉降时间分别为98、76、13、10min,这与显微观测实验(图略)得出的结论一致,即沉降时间越长,凹凸棒石粘土的分散及其稳定性越好.・234・南京大学学报(自然科学)第41卷分析认为润湿是固体粒子分散的最基本的条件[11],正丁醇、甲醇相对较低的固-液界面张力和较强的极性增强了凹凸棒石粘土在该溶剂中润湿性能,降低了粒子团聚的倾向;此外,凹凸棒石粘土团粒作为带电粒子,在极性溶剂中容易达到分散电荷的目的.因此,溶剂的极性越大,凹凸棒石粘土越容易分散.2.4 表面活性剂对凹凸棒石粘土在二甲苯溶液中沉降行为的影响 图5示出阳离子表面活性剂对凹凸棒石粘土在非极性溶剂二甲苯中沉降行为的影响.图5a 为添加不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB )时,凹凸棒石粘土在二甲苯中的沉降率随时间的变化曲线;图5b 为沉降时间随CTAB 浓度变化的曲线.由图5a 可以看出,不同CTAB 浓度的凹凸棒石粘土沉降曲线的拐角形状基本相同,但曲线拐角前部分的斜率随CTAB 浓度增大而先增大后减小,以CTAB 浓度0.05%时斜率最大.沉降时间随CTAB 浓度增大也是先增加后减少(图5b ),同样以CTAB 浓度0.05%时沉降时间最短.显微观测发现高浓度的表面活性剂对凹凸棒石粘土在二甲苯中的分散有促进作用(图略),其规律同沉降实验所得.(a )为添加不同浓度的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB )时,凹凸棒石粘土在二甲苯中的沉降率随时间的变化曲线;(b )为沉降时间随CTAB 浓度变化的曲线图5 CTAB 对凹凸棒石粘土在二甲苯溶液中沉降行为的影响Fig.5 E ffects of CTAB on deposition of attapulgite clay in the xylene solution 分析原因认为二甲苯是非极性溶剂,而凹凸棒石粘土为亲水性固体,因此凹凸棒石粘土在二甲苯中的分散性能很差是可以理解的[12].低浓度的CTAB 通过吸附使凹凸棒石粘土颗粒间的静电斥力减小直至消除,加剧了凹凸棒石粘土的团聚沉降,当CTAB 浓度较高以致在二甲苯中形成胶束时(其结构是烷基部在外侧、极性基部在内侧的逆型胶束),则对凹凸棒石粘土产生增溶作用:凹凸棒石粘土进入与它本身性质相同的胶束内部而变成在热力学上稳定的各向同性分散系,且随着CTAB 活性剂浓度的增大,增溶量大致以直线增加[13];高浓度的表面活性剂吸附在凹凸棒石粘土表面形成厚包覆膜降低了粒子碰撞团聚的几率,从而使凹凸棒石粘土分散稳定性增强.2.5 结 论 溶液的p H 、表面活性剂浓度和分散介质类别均影响凹凸棒石粘土的沉降分散行为;凹凸棒石粘土表面及分散介质的极性变化是凹凸棒石粘土沉降分散行为改变的重要因素;凹凸棒石粘土的沉降分散行为具有规律性.溶液的酸碱电解质浓度越大,凹凸棒石粘土分散稳定性越好.分散介质的极性越大,凹凸棒石粘土的分散状况越好.表面活性剂能明显促进凹凸棒石粘土在低介电常数有机介质中的分・334・ 第4期金叶玲等:凹凸棒石粘土沉降分散行为散状况,高浓度的表面活性剂促进凹凸棒石粘土分散及其稳定性的增强.凹凸棒石粘土表面及介质的极性增大会使凹凸棒石粘土粒子间斥力增强,促进粒子破碎,改善粒子的粒径分布,同时使粒子在电斥力作用下分散稳定性增高.R eferences[1] Zhang Q W,Zang Y H,Zhou W F,et al.Studieson the preparation and properties of rigid poly(vinyl chloride)filled by surface grafting polymer2ized-attapulgite.China Plastics,2002,16(9):49～52.(张启卫,章永化,周文富等.改性凹凸棒石粘土填充硬质PVC的制备与性能研究.中国塑料,2002,16(9):49～52).[2] Wang Y Q,Zhang L Q,Zhang H F,et al.Studyon the structure and property of attapulgite/rubbernanocomposites.Journal of Beijing University ofChemical 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