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膨潤(rùn)土雖然用途廣泛,但是在沒(méi)有改造的處理下很難達(dá)到某些方面的需求,這時(shí)候就必須用膨潤(rùn)土改性的方法來(lái)滿(mǎn)足相應(yīng)行業(yè)的需求。比如膨潤(rùn)土在環(huán)境凈化處理方面效果差,吸附性低,特別是對(duì)重金屬離子的的吸附和結(jié)合力較弱,pH或環(huán)境中的其他因素。 此變化將解吸已吸附的重金屬離子,依此類(lèi)推。因此,需要對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性。
下面我們主要介紹一下關(guān)于膨潤(rùn)土7大改性方法與應(yīng)用研究
膨潤(rùn)土常見(jiàn)的7大改性方法為:焙燒改性、酸化改性、微波法改性、無(wú)機(jī)改性、有機(jī)改性、無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性、鈉化改性等。
第一種改性方法:酸化改性
酸化改性是利用一定濃度的無(wú)機(jī)酸(鹽酸、硫酸、磷酸)處理天然膨潤(rùn)土。一方面酸液可以將層間金屬陽(yáng)離子溶出,置換成體積更小和價(jià)態(tài)更低的H+,使層間范德華力減小層間距增大;另一方面可以去除通道中的雜質(zhì),從而擴(kuò)大比表面積。兩方面的作用都有利于膨潤(rùn)土比表面積和吸附性能的提高。
通常,在一定范圍內(nèi),隨酸濃度的增大,處理后的膨潤(rùn)土吸附性能增強(qiáng),當(dāng)酸度達(dá)一定濃度后吸附能力隨酸度增大基本無(wú)變化。酸化改性通過(guò)改變膨潤(rùn)土的物理或者物化性質(zhì)來(lái)提高其對(duì)其他物質(zhì)的吸附性能,雖然工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單,其不足之處是對(duì)吸附容量和吸附選擇性的改善效果有限。近來(lái),人們?cè)谂驖?rùn)土原土、焙燒或酸化改性后添加一種或多種化學(xué)物質(zhì)來(lái)進(jìn)一步提升其吸附性能。
第二種改性方法:焙燒改性
焙燒改性是通過(guò)高溫焙燒使膨潤(rùn)土失去吸附水、結(jié)構(gòu)水及有機(jī)質(zhì),減少水膜對(duì)有機(jī)污染物的吸附阻力,有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散,從而改善膨潤(rùn)土的吸附性能。
焙燒溫度一般控制在400-500℃,溫度過(guò)低不能有效去除層間結(jié)晶水,溫度過(guò)高則會(huì)破壞膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu),甚至導(dǎo)致晶型轉(zhuǎn)變。
焙燒改性雖然比較簡(jiǎn)單,成本較低,增加吸附劑的投加量便可使廢水達(dá)到一定的去除COD和脫色的效果,但是投加量的增加卻相應(yīng)地會(huì)大大增加后續(xù)工藝的處理難度和成本,并且,對(duì)于一些廢水,焙燒改性后的膨潤(rùn)土并不能達(dá)到去除COD和脫色的滿(mǎn)意效果。
第三種改性方法:無(wú)機(jī)改性
無(wú)機(jī)改性是通過(guò)在膨潤(rùn)土層間形成無(wú)機(jī)柱狀結(jié)構(gòu)從而擴(kuò)大層間距,提高比表面積,在層間形成二維孔網(wǎng)結(jié)構(gòu),同時(shí)還使膨潤(rùn)土在高溫環(huán)境中不至塌陷,提高其熱穩(wěn)定性。
在改性過(guò)程中多選用Al3+、Ti4+、Mg2+、Fe3+等聚合羥基陽(yáng)離子作為柱撐劑,首先用堿液水解上述金屬離子鹽得低聚羥基陽(yáng)離子作為柱化液;然后利用膨潤(rùn)土的陽(yáng)離子交換作用將柱化液中的低聚羥基陽(yáng)離子交換進(jìn)膨潤(rùn)土層間;最后通過(guò)加熱脫羥基在層間形成多孔柱狀金屬氧化物,再經(jīng)過(guò)磨粉等步驟便得到了無(wú)機(jī)柱撐膨潤(rùn)土,無(wú)機(jī)柱撐膨潤(rùn)土在催化、吸附領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
一般認(rèn)為,柱撐改性膨潤(rùn)土中柱撐劑的作用不但改變了層間的性質(zhì),而且為膨潤(rùn)土引入其他的離子或官能團(tuán),改變了表面性質(zhì),增加吸附的數(shù)量,提高了吸附性能。
第四種改性方法:微波法改性
微波改性的原理是通過(guò)利用頻段在300Hz-300GHz之間的微波對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行處理,使其活化。微波處理具有穿透性強(qiáng)、加熱均勻、操作安全簡(jiǎn)單、耗能少、效率高等優(yōu)點(diǎn),與傳統(tǒng)的酸化法、焙燒法結(jié)合使用效果更好。
第五種改性方法:有機(jī)改性
膨潤(rùn)土的有機(jī)改性是指通過(guò)加入有機(jī)物小分子或離子、有機(jī)聚合物等,通過(guò)離子交換,結(jié)合到膨潤(rùn)土表面或進(jìn)入膨潤(rùn)土層間,利用其有機(jī)官能團(tuán)與膨潤(rùn)土內(nèi)外表面通過(guò)吸附作用或形成化學(xué)鍵結(jié)合成有機(jī)膨潤(rùn)土。常用的有機(jī)改性劑有銨鹽、具有聚合性能的改性劑以及有機(jī)硅烷,其中以季銨鹽陽(yáng)離子應(yīng)用最多。
當(dāng)有機(jī)改性劑結(jié)合到膨潤(rùn)土表面和進(jìn)入層間后,膨潤(rùn)土的表面性質(zhì)和層間性質(zhì)發(fā)生明顯變化,其表面由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷缘耐瑫r(shí),膨潤(rùn)土晶體顆粒有機(jī)質(zhì)含量也增加,對(duì)水中有機(jī)物的吸附容量也顯著增強(qiáng)。
第六種改性方法:鈉化改性
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(guò)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(guò)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、Na2SO4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(guò)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。
第七種改性方法:無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性
無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性是指將無(wú)機(jī)改性劑和有機(jī)改性劑相結(jié)合對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性的方式。無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合改性膨潤(rùn)土其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在:疏水性較好,比表面積大和孔容較大,從而提高了膨潤(rùn)土對(duì)污染物的吸附能力。
總之,目前能見(jiàn)到的膨潤(rùn)土改性方法就是以上幾種。相信隨著科技和工業(yè)的不斷發(fā)展,新的改性方法會(huì)被發(fā)現(xiàn)。從而得到新的改性膨潤(rùn)土產(chǎn)品,進(jìn)而滿(mǎn)足新型工業(yè)的生產(chǎn)需要。
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