托贝莫来石的矿物学性质及应用
水热固化硅藻土为托勃莫来石增强调湿材料的研究
水热固化硅藻土为托勃莫来石增强调湿材料的研究摘要：本研究以硅藻土为原料，添加适当添加剂，利用水热固化技术，在低温（≤200℃）下合成了具有一定强度的含有托勃莫来石成分的多孔调湿材料。
并研究了水热反应温度和水热处理时间对材料固化强度及其调湿性能的影响，还有对材料孔结构的影响。
标签：硅藻土;水热固化技术;托勃莫来石;调湿材料;孔结构1 概述随着我国经济的发展，人们的生活水平得到了很大提升，于是大家开始追求生活的质量。
室内环境的舒适一直是人们追求的热点，与之对应的室内空气湿度调节问题也成为了人们关注的重点。
“调湿材料”作为一种依靠自身的吸放湿性能调控湿度变化的材料[1]，自上世纪80 年代被提出以来，已经在博物馆、图书馆、美术馆等百项大型工程建筑中得到了应用。
硅藻土是一种由古代硅藻遗骸组成多孔无机矿物，它具有很强的吸附性能，已经被作为调湿材料被广泛研究。
又因为其储量巨大，分布广泛，在中国探明储量的矿区有354 处，总保有储量矿石3.85亿吨[2]，所以具有很好的实际应用前景。
孙伟等[3]通过擦洗、酸浸、碱溶和无机盐修饰等方法提高了硅藻土的吸湿性能;周仕林等[4]通过溶液合成法制备了硅藻土-聚丙烯酰胺系高吸水性复合材料，得到吸水量很高的材料。
但是由于硅藻土原土是以粉末状存在，这限制了硅藻土的实际应用。
因此非常需要寻求一种将硅藻土粉末固化成高强度块体材料的手段。
水热低温固化技术能在很低的温度下（≤200℃）将海泡石、煅烧黄土等无机物固化制备成高强度建筑材料[5，6]，并且该技术在保留原料原有的结构之外，还能生成水化硅酸钙凝胶、托勃莫来石（Tobermorite）等矿物成分。
Tobermorite的产生在提高样品强度的同时还能够提高材料比表面积，对提高材料的调湿性能起到很大作用。
本研究以吉林硅藻土为原料，添加适量Ca（OH）2，利用水热固化技术在较低温度（≤200℃）下，合成具有一定强度的具有Tobermorite结构调湿材料，研究了水热反应温度和水热处理时间对材料固化的影响，并比较了样品的调湿性能，找到最优的固化条件。
水热合成托贝莫来石晶须及其耐高温性能的研究进展
鲍梦燕等:水热合成托贝莫来石晶须及其耐高温性能的研究进展文章编号：1001-9731(2017)11-11075-061107S 水热合成托贝莫来石晶须及其耐高温性能的研究进展鲍梦燕2，郭晓潞1，2，施惠生1，2(1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室*上海201804;2.同济大学材料科学与工程学院，土木工程材料系，上海201804)摘要：蒸压加气混凝土的主要物相托贝莫来石具有轻质、高强、导热系数低、耐高温等优良性能，水热合成托贝莫来石已成为众学者们研究的热点。
介绍了托贝莫来石的微观结构，阐述了水热合成的先驱物、合成条件、外 源离子等因素对反应产物托贝莫来石晶须的影响，揭示了晶须状托贝莫来石的存在对材料耐高温性能的改善作用6多尺度系统性研究托贝莫来石的微纳米结构与材料宏观性能上的本质关联具有参考价值，对推动节能环保型保温耐火墙体材料的研发极具意义。
关键词：托贝莫来石；晶须；微观结构；水热合成；耐高温性能中图分类号：X773 文献标识码：A DOI： 10.3969/j.issn.1001-9731.2017.il.0120引言托贝莫来石是一种结晶程度较高的水化硅酸钙，天然的托贝莫来石或人工合成的纯托贝奠来石的结构 式为5CaO • 6SiOa•5H20,其钙硅比大致为0.83。
将含有二氧化硅和氧化钙为主要化学组成的原材料放 人一个密闭的反应釜中，采用水溶液作为反应载体，通 过对反应釜加热形成一种高温、高压的水热环境，使通 常难溶或不溶的物质得以溶解并且童结晶[1]，从而获 得托贝莫来石。
目前，关于托贝莫来石的研究尚集中在研制阶段，研究不同原材料、水热条件方对托贝莫来石合成的可行性、合成量及合成产物的纯度等的影响。
相较而竇，水热合成托贝莫来石晶须的研究较少，晶须存在对材 料性能影响方面的研究甚少。
本文结合国内外研究现 状和本课题组的研究工作，介绍了托贝莫来石的微观结构，阐述了原材料、合成条件、外源离子等因素对水热法合成托贝莫来石晶须的影响，揭示了这种晶须状的存在对材料耐高温性能的改善机制。
粉煤灰制备托贝莫来石晶须工艺及其机理
粉煤灰制备托贝莫来石晶须工艺及其机理粉煤灰制备托贝莫来石晶须工艺及其机理托贝莫来石型硅酸钙材料具有市场容量大、强度高、导热系数低、容重低等突出优势,在建筑外墙、工业炉窑等重要节能领域应用前景广阔。
粉煤灰是我国主要固体废弃物之一,粉煤灰的大量堆积,给我国造成了严重的社会问题和环境问题。
本研究以开发粉煤灰量大面广综合利用途径为出发点,并结合我国节能减排的重大需求,提出以粉煤灰为硅质原料采用动态水热法合成托贝莫来石晶体的新方法,重点研究粉煤灰合成托贝莫来石晶须的新工艺及反应机理。
论文取得的主要创新性进展如下：(1)探索并优化了以粉煤灰作为硅质原料制备托贝莫来石晶须的新工艺,获得了最佳的工艺条件：Ca/(Al+Si)摩尔比1.0,反应时间5h,反应温度220℃,液固比30mL/g,搅拌强度为200～400rpm。
在最佳条件下合成的托贝莫来石为晶须相互缠绕而成的球形二次粒子。
(2)深入研究了机械活化对提高粉煤灰反应活性的影响机制。
研究结果显示,机械活化作用后,粉煤灰比表面积大幅提高,反应活性点大幅增加,极大地提高了粉煤灰的反应活性,使合成的托贝莫来石晶型更加完整,晶须长径比变大,晶须相互缠绕形成的球形二次粒子表面更加光滑,二次粒子累计孔体积显著增大,这些变化非常有利于托贝莫来石制品绝热保温性能和强度的提高。
(3)明晰了粉煤灰合成托贝莫来石的反应机理。
在反应过程中,粉煤灰表面活性Si02优先和Ca(OH)2反应,生成C-S-H凝胶,同时在溶液中OH-的作用下,粉煤灰表面非活性Si02不断被活化,参与与Ca(OH)2反应；生长在粉煤灰表面的这些凝胶,在特定反应体系下,不断晶化、纤维化,并进而相互缠绕成球形二次粒子；粉煤灰中的A1由于与Si性质相似,可部分取代[Si04]4-中的硅,取代位置以Q2和Q3位置为主,取代量最高可达16%。
由于铝的取代作用,使得这种含铝托贝莫来石耐热温度比纯托贝莫来石高出90℃。
托贝莫来石晶体的高温相变规律研究
２ ０ １ ３年 ８月
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谱
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分Hale Waihona Puke 析 Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｖｏ １ ． ３ ３ ， Ｎｏ ． ８ ， ｐ ｐ ２ ２ ２ ７ — ２ ２ ３ ０ Ａｕ ｇ ｕ ｓ ｔ ，２ ０ １ ３
文献标识 码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ２ ２ ２ ７ — ０ ４
中图分类号 ： ０７ ９ ２
引 言
托 贝莫来石是 一种水 化硅 酸钙 矿物 ， 其 化学结 构 式为 ： Ｃ ａ ５ ｓ ｉ ０ １ （ ０Ｈ） ２ ・ ４ Ｈ ２ ０［ ，１ １ ． ３ Ａ 的托 贝莫 来石结 构 为
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ ２ － ０ ８ 。修订 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ２
基金项 目： 国家 自然科学基金重点课题项 目（ １ １ １ ３ ４ ０ ０ ４ ） ， 科技重大专项课题项 目（ ２ ０ １ ２ Ｚ Ｘ ０ ４ ０ １ ０ ０ ３ ２ ） ， 宁夏 自 然科学基金项 目（ Ｎ Ｚ １ ２ １ ５ ７ ） ， 江 苏省建设厅计划项 目（ ２ ０ １ ０ ０ ７ １ ０ ０ ０ ０ ２ ） ， 江苏省普通高校研究生科研创新计划项 目（ Ｃ Ｘ Ｚ Ｚ １ １ — ０ ２ ４ ３ ） 资助 作者简介： 杨秀丽 ， １ ９ ７ ７ 年生， 南京理工大学材料科学与工程学院博士研究生
１ 实验部分
１ ． １ 原料合成 制备
托贝莫来石改性及其对亚甲基蓝的吸附性能
第49卷第6期2021年6月硅酸盐学报Vol. 49，No. 6June，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200792 托贝莫来石改性及其对亚甲基蓝的吸附性能王志增1，李通1，赵秦仪1，王冬云1，崔晓昱2，崔崇1(1. 南京理工大学材料科学与工程学院，南京 210094；2. 浙江中劲环保科技有限公司，浙江宁波 315105)摘要：对托贝莫来石(TOB)进行加热与酸化复合改性，成功制备出比表面积为570 m2/g的酸化改性托贝莫来石(AHTOB)，并用X射线衍射、N2吸附-脱附对改性托贝莫来石进行了结构表征和表面积及孔径分析。
通过静态吸附实验探讨了3种吸附剂对亚甲基蓝溶液(MB)的吸附性能，分析改性TOB对MB的吸附机制。
考察了不同吸附剂及其加入量、溶液pH值、MB 初始浓度、吸附时间及温度对吸附行为的影响，研究了AHTOB对MB溶液吸附的热力学和动力学行为。
结果表明：对50 mL，浓度为10 mg/L的MB进行吸附，未改性TOB、热改性HTOB以及酸化改性AHTOB对MB的吸附率分别达到50、53.72%和97.35%。
对于不同初始浓度的MB，TOB和HTOB的最大吸附量可达102.36 mg/g和113.80 mg/g，AHTOB 的吸附量达到248.01 mg/g，经过加热与酸化复合改性的AHTOB对MB的吸附效率有了明显的提升，得到了吸附MB溶液的最佳外界条件：pH值为5～7，震荡时间为30 min，温度为20～25 ℃。
关键词：托贝莫来石；亚甲基蓝；废水；改性；吸附中图分类号：TQ170.1 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)06–1185–10网络出版时间：2021-04-06Adsorption of Methylene Blue by Modified TobermoriteWANG Zhizeng, LI Tong1, ZHAO Qinyi1, WANG Dongyun1, CUI Xiaoyu2, CUI Chong1(1. School of Materials Science & Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China;2. Zhejiang Zhong Jin Environmental Protection Technology Co., Ltd Ningbo 315105, Zhejiang, China)Abstract: Modified tobermorillonite (AHTOB) with a specific surface area of 570m2/g was prepared by heating and acidification of tobermorillonite (TOB). The structure and specific surface area and pore size of the modified tobermorillonite were characterized by X-ray diffraction and N2 adsorption–desorption. The adsorption properties of three adsorbents on methylene blue solution (MB) were investigated by static adsorption experiments, and the adsorption mechanism of modified TOB on MB was analyzed. The effects of adsorbents, solution pH value, initial MB concentration, adsorption time, and temperature on the adsorption behavior were investigated, and the thermodynamic and kinetic behaviors of AHTOB adsorbed on MB solution were investigated. The adsorption of MB was analyzed in 50 mL of MB at a concentration of 10 mg/L. The results show that the adsorption rates of unmodified TOB, HTOB, and AHTOB on MB are 50.00%, 53.72%, and 97.35%, respectively. At different initial concentrations of MB, the maximum adsorption capacities of TOB and HTOB are 102.36mg/g and 113.80mg/g, and the adsorption capacity of AHTOB on MB is 248.01 mg/g. The adsorption efficiency of AHTOB modified by heating and acidification compound is improved. The optimal conditions for adsorption are pH value of 5–7, shaking time of 30 min, and temperature of 20–25 °C.Keywords: tobermorite; methylene blue; waste water; modification; adsorption染料废水是有害工业污水之一，主要来源于染料及染料中间体生产行业，由各种产品和中间体结晶的母液､生产过程中流失的物料及冲刷地面的污水等组成[1]。
利用水淬妒渣合成托贝莫来石的研究
莫来石化学组成
莫来石化学组成莫来石是一种常见的矿物，其化学组成主要是硅酸盐和氢氧化铝。
它通常呈现出淡黄色、淡绿色或淡灰色，硬度比较高，有较好的透明性。
莫来石在地质学和矿物学中具有重要的地位，下面将详细介绍其化学组成及相关信息。
莫来石的化学组成主要是硅酸盐和氢氧化铝，其中硅酸盐是指硅氧化合物，包括硅和氧两种元素。
硅是地壳中含量最丰富的元素之一，化学性质稳定，常以二价态存在。
氧是地球上最常见的元素，与硅形成的氧化物称为硅酸盐。
而氢氧化铝是铝的氢氧化物，化学式为Al(OH)3，是一种白色粉末状物质，常见于自然界中。
莫来石的结构特点主要是由正交晶系构成，晶胞结构较为复杂，常常形成六方柱状或板状晶体。
在地质过程中，莫来石可以形成于火成岩、变质岩或沉积岩中，也可以由矽酸盐矿物的变质或熔融过程产生。
其形成过程受到地质构造、温度、压力等多种因素的影响。
莫来石在实际应用中有着广泛的用途，主要包括以下几个方面：1.建筑材料：莫来石可以用作建筑材料中的填料、涂料等，具有一定的硬度和抗压性，可以提高建筑材料的强度和稳定性。
2.玻璃制造：莫来石可以用作玻璃原料的添加剂，可以改善玻璃的透明度和硬度，提高玻璃的质量。
3.陶瓷工业：莫来石可以用作陶瓷的原料，可以改善陶瓷的质地和均匀性，使陶瓷制品更加美观和耐用。
4.橡胶工业：莫来石可以用作橡胶制品的填充剂，可以提高橡胶制品的硬度和耐磨性，延长使用寿命。
5.化工行业：莫来石可以用作化工原料的添加剂，可以改善化工产品的性能和稳定性，提高生产效率。
总的来说，莫来石是一种重要的矿物，在各个领域都有着广泛的应用。
其化学组成主要是硅酸盐和氢氧化铝，具有一定的硬度和透明性，结构复杂而稳定。
通过对莫来石的研究和应用，可以更好地利用地球资源，推动科学技术的发展。
希望通过本文的介绍，读者对莫来石有更深入的了解，进一步探索其在各个领域的潜力和应用前景。
托贝莫来石
C5S6H5
一、托贝莫来石晶体结构与性质
托贝莫来石的晶体结构中上下两排为平行于ｂ方向的三元重复排列 的硅氧四面体单链，中间为钙八面体，形成托贝莫来石的单位层。 层间由钙离子与两个硅链连接起来，层间分布有四个分子水。 层状结构
晶体形状：片状或针状
托贝莫来石的高温相变
托贝莫来石
→
△
脱水托贝莫来石 300℃
2.
3. 水石榴子石在不同水热合成过程中对制品强度贡 献不大；
实验结论
• 1、在反应初期，当水热反应条件尚不完全时，对 强度起主导作用的是水化产物的总量及S-C-H相 的生成，并呈正相关趋势。当水热反应过强时， 对强度起主导作用的是托贝莫来石相晶体的完善 及生成它是一个负相关效应； • 2、通过对水化产物的回归分析可知，托贝莫来石 和水石榴子石对制品强度的贡献作用以CSH(I)最 大，托贝莫来石次之； • 3、粉煤灰加气混凝土蒸压制品适宜于在较高压力 下短时间养护或在较低压力下长时间养护。
加气混凝土中还含有相当数量的C-S-H相和水石 榴子石相；
随着水热合成条件的加强，增大养护压力或延长恒温时 间，结晶差的托贝莫来石相逐渐转变为结晶良好的托贝 莫来石；
3.
4.
所有水热条件下，水热合成完成后均未发现硅 酸钙相的出现。
不同水化产物对产品强度影响
托贝莫来石含量与强度的关系
结论
1.
粉煤灰加气混凝土蒸压制品的抗压强度随着水化 产物CSH（I）百分含量的增加而提高； 托贝莫来石对制品强度的影响存在着一个最佳 百分含量，即所谓“最佳结晶度”；
轻质、隔 热 轻质、隔 热 调湿、表 面易处理 易加工 不燃、耐 火 防火、尺 寸稳定 耐火、耐 热、尺寸 稳定
其它
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革命尚未成功，同志还需努力！谢谢托贝莫来石的矿物学性质及应 用
姓 名：姬 军 学 号: s20100006
研究思路：结构决定性质，性质决定应 用
托贝莫来石的结构与性质
• • • • 3Al2O3 .2SiO2 5CaO.6SiO2.5H2O 6 CaO.6SiO2.H2O CaO.SiO2
• 托贝莫来石是由重复单位P=3的硅氧四面体单链 和CaOx二多面体构成的层状结构。形成CaOx的 Ca 原子配位数是7。在这种CaOx多面体层的两 侧, 结合着硅氧四面体链, 形成托贝莫来石的单位 层。在单位层与单位层之间进入水分子和Ca 原子.
• 层状结构：密度小，质轻。 • 含有吸附水和结晶水以及加入纤维可做成 微孔结构。具有良好的绝热保温性质。 • 应用：保温材料，吸附材料。
5CaO.6SiO2.5H2O和6CaO.6SiO2.H2O的物 质组成一致且都可以做绝热材料。 问题：怎样控制反应条件生成不同的相？
托贝莫来石的制备
水热动态反应
实验过程：
• 通过以上的实验可以看出在不同的温度和 养护条件爱你下硅酸钙质的原料会生成托 贝莫来石和硬硅钙石。以上两种均可作绝 热材料，由于含有水，它们的分解温度可 用差热分析实验测定。
由此可知托贝莫来石可做 650下的保温材料硬硅钙石 可做1000的保温材料。
Hydrothermal Synthesis of a Novel Tobermorite-Based Porous TobermoriteMaterial from Municipal Incineration Bottom Ash
CaO + H2O = Ca(OH)2 210-220℃ ℃ + 添加剂 SiO2 1.8-2.0MPa C6S6H 增强纤维 成型 C-S-H C5S6H6 烘干
从图可以看出：标准生产托 贝莫来石（b）的温度在 180以上而钢渣生产的托 贝莫来石（a）可在150.
硅酸钙保温材料工艺与性能研究
• 思路：通过控制单一变量来研究温度，压 力，水固比。反应时间等因素对硅酸钙保 温材料生成相的影响。
Figure 5. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs of the solidified porous specimen.
• 几个问题：城市垃圾能做水泥，多空吸附 材料。可不可以做保温材料？ • 用氢氧化钠溶液提高溶解度和石灰水有什 么区别？ • 要生成硬硅钙石怎么控制条件？
The MIBA powder, mixed with slaked lime (CaO/ SiO2 molar ratio of 0.95), was used as the starting material. NaOH solution (2 M) was added to the MIBA to promote tobermorite formation, because the hydrothermal reaction between silica and lime for tobermorite formation is mainly controlled by the solubility of silica, and a higher pH leads to a higher solubility of silica. Figure 2. Hydrothermal apparatus used to cure compacted specimens.