论文总字数：20172字

目 录

第一章 绪论 5

1.1凹凸棒石的结构与性质 5

1.1.1凹凸棒石的结构 5

1.1.2凹凸棒石的性质 7

1.2凹凸棒石黏土的应用 8

1.2.1凹凸棒石可作为吸附剂和脱色剂 8

1.2.2凹凸棒石在其他方面的一些应用 9

1.3 凹凸棒石的提纯和改性 9

1.3.1 凹凸棒石的提纯 9

1.3.2 凹凸棒石的改性 9

1.4 研究目标及主要内容 11

第二章 实验方法 12

2.1 实验材料及仪器 12

2.1.1 实验原料 12

2.1.2 实验仪器 12

2.2 实验过程 12

2.2.1 凹凸棒石的提纯实验 12

2.2.2 凹凸棒石的改性实验 13

第三章 凹凸棒土的提纯研究 13

3.1 凹凸棒石提纯次数的影响 13

3.1.1 凹凸棒石的一次提纯 13

3.1.2 凹凸棒石的二次提纯分析 15

3.2不同提纯剂的影响 17

第四章 凹凸棒土的改性研究 18

4.1 凹凸棒土的热改性研究 18

4.1.1 凹凸棒石热改性后的热行为分析 18

4.1.2 凹凸棒石热改性后的形貌分析 20

4.2 凹凸棒土的酸碱改性研究 25

4.2.1 形态分析 25

4.2.2 X射线衍射图像分析 26

4.3 改性对吸附性能的影响 27

第五章 结论 29

参考文献： 30

致谢 32

凹凸棒土的提纯与改性研究

于瑞

，China

Abstract: Attapulgite is a crystalline hydrated aluminosilicate mineral with good adsorption performance, but its application is limited because of mineral impurities. In this paper, wet purification method was used to remove quartz and other impurities from ultrafine attapulgite from Xuyi, Jiangsu Province. The effects of various dispersants on purification of purification of attapulgite was studied. The effects of heating modification and acid-base modification on the adsorption properties of attapulgite were also analyzed. The results showed that sodium hexametaphosphate is a suitable dispersant for the purification of attapulgite. When sodium hexametaphosphate is 7wt% of attapulgite, the purification effect of attapulgite is the best. At the same time, 7% sodium hexametaphosphate is the best proportion for secondary purification of attapulgite. The feasible heat treatment temperature of attapulgite is 400-650 ℃. The acid treatment with 1-2mol/L HCl inhibited the hydrolysis and improved the adsorption ability of attapulgite to cations. However, NaOH had little effect on the adsorption performance.

Key words：Purification, Modification, Attapulgite, Adsorptive property

第一章 绪论

凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地，但具有工业意义的矿床所占比例并不大。矿床主要分布在中国、美国和西班牙等地。据不完全统计,世界探明储量约14亿吨。

在国内，许冀泉等学者于1976年在江苏省南京市六合区竹镇小盘山发现凹凸棒石矿，并根据澳特保之音同时兼顾晶体结构特征，翻译为“凹凸棒石”，从此开始了对凹凸棒石黏土的研究与应用。 1982年江苏盱眙县雍小山等发现凹凸棒石粘土矿，经江苏地勘部门勘查评价，为大型矿床规模；1984年在南京地质矿产研究所帮助下安徽嘉山县明光一带也找到了凹凸棒石粘土，之后相继在全国14个省区发现凹凸棒石粘土矿床。其中，盱眙地区的品位高、储量大，该地区优质凹凸棒石粘土已探明储量在6700万吨以上，可用粘土总量达5亿吨。所有矿床中，以深圳海扬粉体凹凸棒石最为出名。

从凹凸棒石在1935年北发现开始，关于凹凸棒石的研究史已达10多年。国内外已有大量关于凹凸棒石粘土研究的报道。而国内由于该类矿物发现较迟，研究始于1980年苏皖地区凹凸棒石矿床的发现。此后，在全国各地相继发现了凹凸棒石矿床，将凹凸棒石作为新型功能性材料的研究逐渐兴起，并于本世纪初达到高潮。

1.1凹凸棒石的结构与性质

1.1.1凹凸棒石的结构

凹凸棒石（英文缩写为ATP）是一种晶质的水合镁铝硅酸盐矿物，同时也被称为坡缕石^[1]。凹凸棒石具有独特的层链状结构特征，层链状过渡结构。凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状，通常为毛毯状或土状集合体。凹凸棒石外表呈现为土状与致密块状，通常沉积岩和风化壳中会产生凹凸棒石，其颜色主要为白色、灰白色、青灰色、灰绿色或弱丝绢光泽。土质非常细腻，具有滑感，密度小，由于以含水富镁硅酸盐为主，凹凸棒石的吸水性能很强，而且遇水不会发生膨胀现象，润湿的时候凹凸棒石表现出一定的粘性，具有可塑性；但是，润湿的凹凸棒石干燥后收缩率不大，以致其裂纹不太明显，而用水浸泡后凹凸棒石会发生崩散的现象。

图1 凹凸棒石黏土的理想结构图

图2 凹凸棒石的结构模型图

凹凸棒石的理论化学式是：Mg₅Si₈O₂0(OH)₂(OH2)₄·4H₂O^[2]，它的结构可看作两个二氧化硅键与铝离子八面体结合。理想结构如图1所示，结构模型如图2所示。凹凸棒石结构特征为2:1型层链状，像夹心饼干一样。结构中会出现晶格置换,所以容易与外界离子结合。晶体中含有不等量的Na 、Al³ 、Fe³ 、Ca² 等阳离子,晶体呈现出纤维状、纤维聚集状或针状。凹凸棒石八面体中含有元素为Al、Mg和Fe,可看作这些阳离子的类质同象置换。类质同象置换量的不同,会直接影响到其结构中八面体阳离子的结构电荷和空位量。Si是四面体匹配多面体中心重要的离子。OH^-是八面体中阴离子,通常占据八面体M1和M2匹配阴离子位置。

凹凸棒石中所含微量矿物为碳酸盐矿物杂质O、O、CaO等,也含有少量伊利石和蒙脱石。凹凸棒土区别于其它硅酸盐矿物的地方在于：含有四种形态水,分别为表面吸附水、晶体结构内的结晶水晶体内部孔道的沸石水和与中间层阳离子结合的结构水^[3]。

1.1.2凹凸棒石的性质

一、吸附性能^[4]

凹凸棒石具有很好的吸附性能的主要原因在于：凹凸棒石的特殊结构决定了它有较大的比表面积，内表面积高达400 m²/g^[5]，外表面积主要决定于ATP晶体颗粒的大小，据相关数据，江苏的凹凸棒石外表面积大概为23 m²/g,因而凹凸棒石具有良好的吸附性能。此外，凹凸棒石还具有比较特别的表面物化结构和离子状态^[6]。凹凸棒石的化学吸附作用主要表现为：①硅氧四面体内类质同象置换，产生弱电子；②与金属阳离子（Mg² ）配位的水分子与吸附核形成氢键；③Si—O—Si 中氧硅键的断裂可以与被吸附的物质形成共价键，产生较强的吸附能力；④非等价类质同象置换（Al³ 或 Fe³ 对 Mg² 的置换）及配位水失去而产生的电荷不平衡负电性吸附。

二、悬浮性与流变性

凹凸棒石的晶体结构中包含三维立体链，凹凸棒分散在水中，它的针状纤维束会被打散，从而形成杂乱无章的网络状结构，导致网络束缚液体，凹凸棒石溶液体系变浓稠。凹凸棒石分散于水中，在外力的作用下能够充分分散，形成一种混乱无度的纤维格状的悬浮液体系，流变性能非常好。该流体呈现出了非牛顿流体的特征，黏度会随着凹凸棒石含量的提高而增大。剪切力过高时，黏度会增大，触变性能也会随之提高；相反，在低剪切力的作用下，凹凸棒石悬浮液发生絮凝^[7]的现象。但凹凸棒石在水溶液中容易形成团簇，从而失去流动性，所以在凹凸棒石的悬浮液系统里添加适当的分散剂是控制其流变性的有效方式。

三、催化性能

凹凸棒石具有微细的孔隙结构，还能进行非等价阳离子类质同象置换；此外，凹凸棒石经加热后晶体内部的变化，而且会在其表面上产生路易斯酸化中心和碱化中心，热处理以后凹凸棒石具有更强的力学性能和热稳定性能。这些因素使得凹凸棒石不仅能满足异相催化反应所需要的微孔结构和表面性能，还会影响催化反应的活化能和相应的反应级数，能够促进有机化学反应当中的正碳离子化、酸和碱相互催化作用的实现。除此之外，热处理后的凹凸棒石还具有分子筛的择形催化裂解的特征。

四、填充性能

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