膨润土的活化改性

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

(3)膨润土的活化改性

①焙烧改性膨润土焙烧活化是将膨润土在不同温度下焙烧，通过挥发和燃烧使蒙脱石表面及结构层间的分子水和有机质蒸发掉，使黏土矿物结构变得疏松。同时，随着温度的升高，黏土矿物的部分羟基脱失，裸露的断键增多，矿物的比表面积增大，使其活性提高。高温焙烧的目的是使膨润土失去表面水、水化水和结构骨架中的结合水以及空隙中的一些杂质，减少水膜对污染物质的吸附阻力，有利于吸附质分子的扩散，使膨润土的吸附性能改善。但焙烧温度不能超过500℃，时间以2h为宜，否则会破坏有利于吸附的构造，导致膨润土卷边片状结构烧结、堆积，反而降低空隙度和孔径，也增加处理成本。此外，利用微波的高效性也可制得品质较优良的活化膨润土。

②酸活化膨润土天然膨润土多具微孔结构， 不易接纳引起有机物着色的大分子色素组元，如胡萝卜素等，因而未酸化的膨润土脱色效率较低。酸活化是利用硫酸、盐酸、草酸、硝酸等以不同浓度，在一定条件下对膨润土进行活化处理，其目的在于提高膨润土产品的吸附性能，以适应轻工业中的漂白、脱色、净化等用途。将膨润土进行酸化处理不仅能够提高其活性(如比表面积、脱色率等)，而且还可以提高其白度。因此，工业上酸活化膨润土又称为活性白土或漂白土。

酸活化处理可除去分布于膨润土通道中可溶物和混杂的有机物等，使孔道得到疏通，有利于吸附质分子的扩散；另一方面氢原子半径小于钠、钾、镁、钙等原子的半径，故体积较小的氢离子可置换膨润土层间的钠、镁、钙、钾等离子，使孔容积得到增大，并削弱了原来层间的键力，层状晶格裂开，孔道被疏通，吸附性能得到提高。

用酸处理的膨润土有可能产生两种形式的布朗斯特酸中心。第一种酸中心产生于蒙脱石层表面的边缘部分，由于铝离子在此结构位置中受电场的不对称影响产生的强烈的亲电子性，遇到水分子时就会吸附氢氧根，产生氢离子，形成B酸中心；第二种产生于蒙脱石层内，铝离子与氧原子形成共价键，并以配位键与另一个氧原子结合，呈现出一价的负电荷，它能强烈地吸附质子而达到电中性。用无机酸活化膨润土制得的活性白土具有很强的吸附性和脱色能力，可用于石油的精炼、润滑油和动植物油的脱色及绝缘油的净化等，是生产化妆品、医药、涂料的原料，颗粒状的活性白土还可做芳烃重整、异构化、歧化的催化剂。经酸处理的活性白土，酸度和表面积得到较大提高，在有机反应中可替代液体酸催化剂。

E.Gonalez-Pradas等研究了膨润土用硫酸活化和热处理后表面性质的变化规律。他们发现酸浓度的增大，膨润土的表面酸中心和微孔体积增加；在试验的温度和酸度范围内，经2.00mol/L硫酸活化和110℃处理的膨润土，有最大的表面积。

酸活化方法：当前酸溶液活化膨润土的方法有两种，即干法和湿法。干法活化是将一定细度的膨润土(120～200 目)浸渍于硫酸、盐酸或磷酸溶液中充分混合，经过挤压后干燥，然后粉碎即得到活性白土产品。而湿法活化则是将膨润土与酸溶液混合后在一定的水浴温度下加热搅拌一定时间，抽滤去液，用水将滤后的膨润土洗至中性，于150℃下干燥后，研磨至原粒度即可。

膨润土酸活化的影响因素：影响酸活化膨润土质量的因素较多，如膨润土原土质量、投料顺序、打浆时间、固液比、活化剂、反应酸度、反应时间、反应温度、干燥温度、搅拌速度以及漂洗条件等。本书作者及多位学者对此进行了大量实验研究工作，确定了酸活化膨润土的最佳条件。

a. 原土质量 膨润土原土中蒙脱石品位越高，含砂量越少，则制造的活性白土的活性度越高，吸附性越强，产品的脱色率越高。原料粒度对活性度的影响也很大，粒度过大，酸液不能将颗粒浸透，使颗粒中心的物料未参加活化反应，造成物料活化不充分；粒度过小又浪费动力，增加成本。

b.投料顺序因为原土的膨胀容较大，如果采用水-土-酸的加料顺序则会出现投料量少、回收率低、产量小，消耗大等诸多问题。所以采用水酸-土投料顺序，只要条件控制较好，则可以生产出质量合格的产品。

c.打浆时间打浆时间过长，能源消耗大，则生产成本增加，时间过短则膨润土不能充分分散，不利于酸活化反应的进行。

d.固液比打浆浓度实验结果显示，如果固液比大时，矿浆浓度大，体积小，反应不能充分进行；固液比小时，矿浆浓度小，体积大，则生产成本高，不经济。一般选择固液比为1：10效果最好。

e.活化剂采用不同的活化剂对膨润土进行活化，其活化效果不同。作者对不同酸活化剂进行了对比实验研究，结果表明，乙酸和磷酸的活化效果较差；硝酸和王水的活化效果较好，但由于反应过程中有氧化氮产生，会对环境造成严重污染，所以不可取；用盐酸和硫酸活化产品质量较好；用盐酸、硫酸复合活化效果更好。用亚硫酸盐作为除铁漂白剂，产品漂白效果一般；采用保险粉的效果较好；用碳酸钠、乙酸、乙酸钠复合作用加强保险粉的还原性能效果更好。

f.反应酸度产品质量随活化反应酸度的提高而提高；但超过一定酸度之后产品质量开始下降。原土质量不同，活化剂不同，反应酸度也不尽相同。

g.反应时间一般认为膨润土酸活化反应时间的延长可加深反应的完全程度，提高产品质量，但并非时间越长越好。

h.反应温度膨润土酸活化时的反应温度过低，反应速率过慢，不利于反应完全；提高温度可使反应速率加快，活性度和脱色率都明显提高，但是温度太高，能耗过大，活化性度和脱色率的变化不大。

i.干燥温度若干燥温度太高会使已活化的膨润土活性降低，一般大于100℃而不超过220℃为宜，以160～220℃最好。

j.漂洗条件考虑到成本问题，漂洗应用常温硬水(自来水)漂洗，漂洗次数一般为5～6次，洗到pH值为4～5即可。酸活化膨润土的活性度随漂洗次数的增加而下降，脱色率则随漂洗次数的增加而升高。但漂洗过分也会因离子交换平衡被破坏而使脱色率下降。

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