膨潤(rùn)土是一種層狀硅鋁酸鹽礦物，其主要成分為蒙脫石。蒙脫石是由2:1型單斜晶系結(jié)構(gòu)不斷堆疊起來的層狀黏土，相鄰的斜晶系層間留有一定的空隙，空隙之間填充了大量可用于交換的陰陽離子，如Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Na+、Cl-等。據(jù)層間隙中陽離子的種類將膨潤(rùn)土分為氫基膨潤(rùn)土、鈣基膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土、鎂基膨潤(rùn)土等。
膨潤(rùn)土因其具有較大表面積、良好的吸附性能、耐熱性能、膨脹性能被廣泛應(yīng)用到環(huán)保、化工、核工業(yè)、醫(yī)藥、石油、造紙等領(lǐng)域，被譽(yù)為“萬用粘土”，其市場(chǎng)開發(fā)前景非常廣闊。
1、膨潤(rùn)土的提純預(yù)處理
一般膨潤(rùn)土的蒙脫石含量約為60%，部分優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土能達(dá)到80%。膨潤(rùn)土中蒙脫石含量的高低對(duì)膨潤(rùn)土的性能有著重要的影響，在改性之前對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行提純預(yù)處理的目的就是為了提高其中蒙脫石的含量，降低石英的含量。
（1）膨潤(rùn)土干法提純
膨潤(rùn)土干法提純是利用膨潤(rùn)土與雜質(zhì)礦物的粒度、密度、硬度差別比較大的特點(diǎn)，通過逐級(jí)分離沉降進(jìn)行分離，一般適用于蒙脫石含量大于80%的膨潤(rùn)土的提純處理。
（2）膨潤(rùn)土濕法提純
膨潤(rùn)土應(yīng)用比較普遍，其機(jī)理是利用蒙脫石晶體細(xì)胞小，能夠在水介質(zhì)中充分分散的原理，使雜質(zhì)與蒙脫石分開。
膨潤(rùn)土一般需要經(jīng)過改性后才能正常使用到實(shí)際的生產(chǎn)中，其改性的基本原理是利用其層間域中水分子與陽離子的可交換性。常用的膨潤(rùn)土改性方法有鈉化改性法、酸改性法、焙燒改性法、鹽改性法、有機(jī)改性法和無機(jī)柱撐改性法、無機(jī)/有機(jī)復(fù)合改性法等。
2、膨潤(rùn)土鈉化改性法
由于蒙脫石與Ca2+吸附能力比Na+要強(qiáng)，所以自然界中存在的膨潤(rùn)土一般為鈣基土。但是實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)鈣基土中的Ca2+的交換能力遠(yuǎn)低于Na+，因此鈣基土常常經(jīng)過鈉化后再投入市場(chǎng)使用。
膨潤(rùn)土鈉化改性法的原理是利用Na+與Al、Mg的結(jié)合強(qiáng)度大于Ca2+，通過Na+取代膨潤(rùn)土層間的Ca2+而達(dá)到鈉化改性的目的。常用的鈉化劑有NaF、Na2CO3、NaCI、NaNO3、NaSO4等。
研究表明：利用Na2CO3作為鈉化劑時(shí)，在其最佳濃度為4%，鈉化時(shí)間為30min，水浴溫度為70℃時(shí)，鈉化處理后的膨潤(rùn)土的鈉離子含量由1.47%提升到32%； Na2CO3改性劑的效果要優(yōu)于NaCI，經(jīng)過Na2CO3鈉化后的膨潤(rùn)土的膨脹容和膠質(zhì)價(jià)分別提升20mL/g和200mL/g左右，鈉化后的產(chǎn)品都能達(dá)到工業(yè)化使用的要求。
3、膨潤(rùn)土酸改性法
膨潤(rùn)土酸改性法主要是利用不同類型和濃度的酸對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行浸泡，使膨潤(rùn)土層間中的Ca2+、Mg2+、Al3+等金屬離子以可溶性鹽的形式溶出，使得其孔道得到疏通，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散，同時(shí)由于氫原子的半徑小于Ca2+、Mg2+、Al3+，所以電離出來的H+可以置換出層間的金屬陽離子，從而減弱層間作用力，使得膨潤(rùn)土帶上的永久性負(fù)電荷變得更多，更加有利于陽離子之間的交換，因而吸附能力得到提升。
一般稱作經(jīng)酸化后的膨潤(rùn)土為活性白土或漂白土，其孔容積和比表面積都有很大的改變，吸附點(diǎn)位也增加。常用的酸改性劑有H2SO4、HCl、CH3COOH等。
研究表明：酸活化膨潤(rùn)土的比表面積可由23m2/g增大到56m2/g，吸附效果較原土也有很大程度提升；
硫酸的改性效果比鹽酸好，且改性后的土比表面積增大，對(duì)染化廢水的去除能力也得到提高；
經(jīng)10%的硫酸改性后的膨潤(rùn)土層間距由原來的1.46nm增加到1.84nm，吸附性能也有所提升，對(duì)Pb2+的去除率可達(dá)96%，處理后殘留Pb2+達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
4、膨潤(rùn)土焙燒活化改性
膨潤(rùn)土焙燒改性法就是將膨潤(rùn)土在不同溫度下進(jìn)行煅燒，膨潤(rùn)土在高溫煅燒的情況下會(huì)依次失去表面水、骨架結(jié)構(gòu)中的結(jié)合水、孔道中的機(jī)物污染質(zhì)，引起孔隙率增加，結(jié)構(gòu)更為疏松，比表面積變大，使得吸附性能得到一定的改善。
研究表明：在450℃以內(nèi)焙燒改性膨潤(rùn)土的比表面積會(huì)隨著焙燒溫度的升高而增大，焙燒膨潤(rùn)土的比表面積可高達(dá)120.24m2/g，是膨潤(rùn)土原土的1倍以上。但是溫度超過500℃，膨潤(rùn)土中的有利結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，使得蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)摺曲，也可能會(huì)產(chǎn)生新的物相，從而引起比表面積和孔隙率急劇下降，同時(shí)實(shí)際生產(chǎn)的成本也相應(yīng)增加。
在450℃、焙燒2h的條件下，合成出焙燒活化膨潤(rùn)土，并用其處理液壓油，結(jié)果表明焙燒活化膨潤(rùn)土對(duì)液壓油有良好的吸附效果，在改性土添加量為15%，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間超過20min時(shí)，去除率能達(dá)到94%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原土的脫色效果。
5、膨潤(rùn)土有機(jī)改性法
膨潤(rùn)土有機(jī)改性法的基本原理是將膨潤(rùn)土有機(jī)化，利用有機(jī)官能團(tuán)或有機(jī)物來取代膨潤(rùn)土層間可交換陽離子或結(jié)構(gòu)水，進(jìn)而形成以共價(jià)鍵、離子鍵、偶合鍵或者以范德華力結(jié)合的有機(jī)復(fù)合物膨潤(rùn)土。
有機(jī)改性不但可以增大改變膨潤(rùn)土層間距離，還可以增強(qiáng)去除有機(jī)物的能力。有機(jī)改性劑通過離子交換作用與膨潤(rùn)土中的鈣或鈉等陽離子發(fā)生離子交換作用，從而將有機(jī)成分引入膨潤(rùn)土，改性后的膨潤(rùn)土從親水疏油性變成親油疏水性。
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