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| 海泡石改性方法概述 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-20 11:03:58 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/文龍）海泡石是一種纖維狀鎂硅酸鹽粘土礦物，結構通式為Si12Mg8O30(OH)4，在其結構單元中，硅氧四面體與鎂氧八面體相互交替，具有層狀和鏈狀的過(guò)渡特征。正是由于這種獨特的結構，使得海泡石的比表面積高，孔隙率大，具有良好的吸附性、流變性和催化性，應用前景十分廣闊。
但是，天然海泡石礦品位低、雜質(zhì)含量較高、表面酸性弱、通道小及熱穩定性差，這些弱點(diǎn)一定程度上限制了海泡石的應用。因此，必須預先經(jīng)過(guò)提純、超細加工、改性等一系列處理，獲得其優(yōu)良的性能。就目前研究階段，主要應用的改性手段有酸處理、離子交換、表面有機改性及活化處理等。
1.海泡石的改性
1.1 酸處理改性
海泡石結構中的Mg2+是弱堿，遇弱酸生成沉淀而沉積于海泡石的微孔結構中，故目前處理所用的酸均為強酸（如HCl、H2SO4、HNO3等）。酸處理海泡石均為H+取代八面體中的Mg2+，并與Si-O骨架形成Si-OH基。首先，H+與通道邊緣的Mg2+反應，并逐漸向中間位置深入而形成不同脫鎂水平的改性海泡石。同時(shí)，四面體骨架相對保持穩定。經(jīng)酸處理的海泡石與天然海泡石相比，內部通道連通，比表面積增大，半徑小于1nm的孔洞數量減少，半徑為1-1.5nm的孔洞百分率增加，使之對特定反應具有適宜的孔徑和較高的比表面積。除此之外，表面酸中心熱穩定性增強，酸中心數量增加，可用來(lái)制備高比表面積的催化劑或催化劑載體等。
酸處理改性的程度主要受到酸的濃度、改性時(shí)間等影響，改性的程度可用海泡石的脫鎂率來(lái)表示。酸的濃度越高，對海泡石的脫鎂能力越強，但脫鎂速度隨酸濃度的增加逐漸減小。隨著(zhù)改性時(shí)間的增加，脫鎂率隨之增加。當改性處理一定時(shí)間后，脫鎂率增加的不明顯?？赡苁荋+逐步向孔道深處擴散的同時(shí)，H+濃度逐漸降低，海泡石鎂含量逐步減少。因此要通過(guò)實(shí)驗來(lái)確定最佳的酸濃度、改性時(shí)間。
1.2 離子交換改性
離子交換改性是用金屬離子取代海泡石骨架中的鎂離子，可使海泡石產(chǎn)生中等強度的酸性或堿性，但不改變其結構。高價(jià)金屬離子的引入能誘發(fā)強的表面酸性，對引進(jìn)不同價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子來(lái)說(shuō)，價(jià)態(tài)高的離子能誘發(fā)更強的酸中心。對于同族的高價(jià)金屬陽(yáng)離子，離子半徑越小、電荷密度越高，交換后海泡石的酸性也越強。與此相反，低價(jià)金屬離子的引入則能產(chǎn)生強堿中心。低價(jià)金屬的電負性越小，即給電子能力越強，八面體中O原子的電荷密度也就越高，相應的堿金屬-海泡石的堿性也就越強。同價(jià)金屬陽(yáng)離子取代Mg2+時(shí)，海泡石的結構及表面酸性無(wú)顯著(zhù)變化。
不同地區海泡石礦的結構相近，但組成各異，海泡石中鋁的含量將很大程度上影響其離子交換性能。海泡石的離子交換能力在廢水處理、催化劑的制備方面有著(zhù)重要的應用。如低價(jià)堿金屬離子對海泡石處理可制得強堿性的海泡石催化劑。
1.3 表面有機改性
為了改善海泡石的分散性能，強化海泡石-高分子材料界面粘結，通常采用偶聯(lián)劑或表面處理劑對海泡石表面進(jìn)行有機改性。改性的原理主要是利用海泡石表面的酸活性中心和活性Si-OH基團。表面處理劑有有機硅烷或有機硅偶聯(lián)劑、有機鈦酸酯偶聯(lián)劑、有機酸和有機醛、吡啶及其衍生物、陽(yáng)離子表面活性劑等。
不同表面改性劑，其原理有所不同。有機硅烷水解后產(chǎn)生的硅醇可與海泡石表面的-OH基發(fā)生醚化反應，從而使有機硅烷被接枝到海泡石表面。有機酸可與海泡石表面的Si-OH基發(fā)生酯化反應，從而可在表面引入不同碳鏈長(cháng)度的烴基。有機醛可與海泡石表面Si-OH基發(fā)生縮合反應，也可在海泡石表面引入不同的碳氫鏈，從而改善表面的疏水性能。用帶有活性基團的吡啶衍生物處理海泡石，可使吡啶環(huán)上的氮原子與海泡石表面的酸活性中心配位，又可使海泡石表面吸附上含活性基團的有機分子，活性基團與高分子進(jìn)一步反應，可大大提高海泡石的補強性能。用陽(yáng)離子表面活性劑處理海泡石，海泡石較強的吸附能力使其被定向吸附在海泡石表面，大大改善了海泡石的疏水性能和在樹(shù)脂中的分散性能。
目前已應用于海泡石改性的有機改性劑有硫丙基三甲氧基硅烷、三異硬脂?；佀岙惐?、月桂酸、丙烯醛、癸醛、4乙烯基吡啶等。在橡膠工業(yè)中，常采用有機硅烷偶聯(lián)劑對海泡石進(jìn)行預處理，提高表面的縮水性能，降低表面能，改進(jìn)海泡石在膠料中的潤濕和分散性能，提高抗張強度，增加硫化膠的模量。
1.4 活化處理改性
目前研究得較多的是將海泡石預先經(jīng)過(guò)活化處理，考察其吸附性能、催化性能等?；罨幚?，即通過(guò)加熱或酸處理，在一定溫度范圍內（100-300℃）焙燒，除去其中孔道中的水分子，從而形成內表面積很大的空穴，可吸附并存儲大分子，同時(shí)加大了晶體內部通道的橫截面，使被吸附分子更容易進(jìn)入，提高其吸附和離子交換能力。
2. 結語(yǔ)
目前，海泡石改性方法研究較多，但在實(shí)際應用中，往往是以上幾種改性方法的聯(lián)合使用，如活化處理中包含了酸處理，酸處理也可稱(chēng)為酸活化。將海泡石作為離子交換材料，必須經(jīng)過(guò)復合處理。未經(jīng)酸處理的海泡石基本上無(wú)離子交換能力（對金屬離子僅起物理吸附作用）。而經(jīng)過(guò)酸處理的海泡石，其離子交換能力大大增強。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應用中，要注重聯(lián)合運用多種改性方法，以達到最佳改性效果，獲得最好的使用性能。
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