凹凸棒土多孔吸附材料的制备及性能研究

论文总字数：26968字

目 录

1 绪论

1.1凹凸棒石结构和性质.....................................................1

1.1.1凹凸棒土的结构...................................................1

1.1.2凹凸棒土的性质...................................................2

1.1.3凹凸棒土的应用...................................................4

1.2 凹凸棒土的改性研究....................................................7

1.3 研究目标及主要内容....................................................8

2 实验方法

2.1实验材料及设备........................................................10 2.2工艺流程..............................................................10 2.3性能表征..............................................................10

3 吸附材料制备工艺研究

3.1探究最佳的加水量......................................................16

3.2探究加水量对孔隙率的影响..............................................18

3.3探究热处理对水泡强度的研究............................................20

4 吸附性能研究

4.1粉体吸附性能..........................................................22

4.1.1吸附性能测试...................................................22

4.1.1吸附率与时间的关系.............................................22

4.2多孔吸附..............................................................23

4.3总结..................................................................24

5 结论......................................................................25

参考文献....................................................................26致谢.........................................................................28

凹凸棒土多孔吸附材料的制备及性能研究

丁孟婷

Abstract：Attapulgite has been widely used in wastewater treatment in recent years because its advantages, such as abundant reserves, good economy, large specific surface area, good chemical stability and strong adsorption capacity. However, attapulgite is difficult to recycle and apt to cause re-pollution, so its application is limited frequently. In this paper, porous attapulgite adsorbents were prepared using attapulgite as raw material by the method of foam forming process. Then the structure and the adsorption properties of the material were studied by the stereoscopic microscope and the UV-VIS spectrophotometer. The results showed that water contents affected the topography but not porosity of porous samples seriously. When the total amount of attapulgite and additive was 20g, the optimum amount of water was about 60ml for the samples in which attapulgite content is 50%, and the optimum amount of water was about 86-90ml for the samples in which attapulgite content is 90%. The porosity of all the samples kept 60%. Heat treatment enhanced the resistance of porous samples to water and improved adsorption capacity of porous samples from 23.39%to26.88% which maintained for 3 hours.

Keywords：attapulgite; foaming process; pore structure; adsorption capacity

1 绪论

凹凸棒石矿物世界各地均有分布，中国，美国和西班牙等国家都有大量ATP矿产资源。 上世纪70年代左右，许冀泉[1]等科研人士，在我国南方苏皖地区的六合县竹镇发现了凹凸棒土粘土矿， 上世纪80年代我国南方苏皖地区的盱眙县某些小山也发现该矿，经江苏相关地质探测部门的勘查评估，盱眙的凹凸棒土的土矿为规模很大储量极其丰富；1984年南京地质队在我国安徽省的嘉山县的一些镇子也找到了凹凸棒石粘土矿，之后凹凸棒土如雨后春笋一般，先后在我国十几个省区发现了凹凸棒石的粘土矿床。尤其是盱眙这个地区，这里的矿藏品位非常之高、储量也很庞大，在这个地区我们已探明储量的优良的凹凸棒石粘土已经超过了6800多万吨，能用做工业粘土的总量达5.1亿吨。

从一九三几年凹凸棒土发现凹凸棒土，早我国有关于凹凸棒石的研究历史大约有七十年了，国外美国和欧洲部分国家对凹凸棒土研究已有大量矿物学文献 。中国研究凹凸棒土历史较晚，始于上世界八十年代苏皖地区凹凸棒石矿被发现以后，随后在全国多个地区发现了类似的矿床，至此，我国把凹凸棒土的作为功能性材料的研究才渐渐兴起，并在二十一世纪初达到高峰。

1.1凹凸棒石结构和性质

1.1.1凹凸棒土的结构

凹凸棒石（ATP，也称为坡缕石）是一种天然水分与纳米镁铝硅酸的盐矿物。凹凸棒石呈泥土状或者很密的块状，一般产于由沉积形成的沉积岩和风化形成的风化石岩中，颜色有纯白色，浅灰色，深青色和深绿色等，有些具有丝绸一样的光泽。根据奥特堡（Attapulgus）之音同时又考虑到这种矿的晶体的结构上的特征，译成“凹凸棒石”是比较贴切的。它土质细腻，用手捏上去有一种手上涂了润滑油的很滑也很油腻的触感，质量比较轻而且硬度不高很脆，凹凸棒土的断口的层截面呈贝壳的那种形状或如犬牙差互的不规则状，对水的吸收能力非常强。润湿时具有粘性和可塑性，干燥之后收缩率小所以裂纹不明显，遇水浸泡会发生崩散。悬浮液若是遇到电介质会产生不絮凝状沉淀。

凹凸棒石是二比一型的成链和层状结构，是具有纤维成层成链状依次排列的结构，它是含水多镁元素的硅酸盐为主类型的粘土矿，其化学式是：Mg₅（H₂O）₄[Si₄O₁₀]₂(OH)₂-4H₂O，从严谨的科学上分析它的化学成分和它的结构上的模型在上世纪四十年代年由Bradley[2]总结得到。在这位科学家研究总结的模型里，SiO₂质量分数是56.95%,H₂O所占的质量分数为19.22%，MgO质量分数为23.83%。凹凸棒土本身有着与众不同的的晶体结构和原子的排列方式，它显现出长宽的比例很大的如纤维一般的形状，它的结构上是2:1型凹凸棒土的矿物，在任何一个的2：1结构层中，四面体晶片的顶端的隔距在一定的单位长度后它的方向会改变一次然后就形成了层链状[3]。

结构中有晶格置换，晶体中含有不定量是阳离子，晶体呈现出针状、纤维状或纤维聚集状。凹凸棒石八面体中占据的元素主要为Mg、Al和Fe,可看作为二价镁的类质同象置换。Newman(1987)根据八面体阳离子类型的不同把它们分成了富铝类型和富镁类型，八面体中三价铝/铁对二甲镁的类质同象置换量的不同对凹凸棒石的组成方式即由阳离子组成的八面体结构中阳离子的空出位置的数量和凹凸棒土组成结构的电荷产生很大的影响。硅元素作为阳离子它处在是四面体配位多面体中心的位置。八面体中需要搭配位置的相应的阴离子，通常会占有八面体片内M1配位阴离子位置和M2配位阴离子位置。目前大家普遍接受的凹凸棒土模型是Drits和Aleksandroval1966年基于Bradley模型构建起来的，按照科学的推理和演算其结构的ATP化学式是：Si₈O₂₀(Al₂Mg₂)(OH₂)₄-(H₂O)₄，由于部分的镁可能被铁或铝去更换，实际成分与理想有很大的差异，不同的地区差异很明显。其结构可看作两个二氧化硅键与铝离子八面体结合。凹凸棒石中所含微量矿物为碳酸盐矿物杂质O、CaO等，也会存在少量伊利石或者少量的蒙脱石。

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