天然纳米矿物坡缕石在不同条件下的活化与相变

论文摘要

坡缕石又称为凹凸棒石,是一种具有链层状结构的镁铝硅酸盐矿物,早在19世纪就已被发现。由于坡缕石粘土矿物具有特殊的晶体结构（一维孔道结构）、特殊的物理化学性质（吸附性质、胶体性质、橡塑材料增强性质）、特殊的晶体形态（天然纳米纤维材料）、特殊的成因（与中国东部第三纪玄武岩喷发活动有关的干旱半干旱湖沉积）,因此对此种矿物的研究不仅具有理论意义,还具有应用价值。本论文的研究目的是说明坡缕石在各种条件活化过程中结构和成分的变化;研究不同酸处理条件对坡缕石晶格重建的影响,以及不同金属离子对坡缕石晶格重建的效果;通过三种不同粘土矿物对阳离子吸附、脱吸附性质的比较,以及以坡缕石为原料制备沸石分子筛的研究,扩展坡缕石在纳米材料科学的应用领域并提高其经济价值。本文以江苏盱眙含白云质坡缕石为原料,经提纯后,分别于不同的条件下进行不同方式的活化,酸活化后的样品进一步进行阳离子吸附和脱吸附实验。利用XRD,SEM和TGA分析研究不同活化条件下坡缕石的结构变化,AAS分析研究反应溶液中离子成分的变化。通过研究,取得以下认识:1)在较低温度下（一般小于60℃）,3mol/L浓度以内的盐酸对坡缕石结构破坏不明显;当温度较高时（一般高于70℃）盐酸对坡缕石结构的破坏程度明显加强、加快。2)当坡缕石结构完全被破坏后,即八面体阳离子完全溶出、硅氧四面体的支撑结构完全坍塌,坡缕石结构无法重建;当坡缕石结构被部分破坏后,即部分八面体阳离子被氢离子替代、硅氧四面体还未遭到破坏,坡缕石在水热条件下有晶格发生重建的趋势。3)不同的金属阳离子对坡缕石晶格重建的效果不同,这与阳离子的水化热等有关。4)由于蒙脱石、沸石与坡缕石吸附阳离子的原理不同,吸附金属离子后的不同粘土在一定盐度溶液中的脱吸附率也不同。坡缕石在0.3%浓度的NaCl溶液中脱吸附率要较蒙脱石和沸石低得多。5)碱溶液对坡缕石的作用主要表现在两个方面:a)OH-对Si—O—Si键的剪切,b)Na+对八面体阳离子的交代,其中这种交代具有选择性,置换顺序为:Al3+＞Fe3+(Fe2+)＞Mg2+。坡缕石经碱溶处理后可以转变成蒙脱石和方沸石。其中碱浓度的增加有利于蒙脱石的生成,温度的升高则有利于方沸石的生成。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 坡缕石粘土的矿物学特征
• 1.2 坡缕石粘土的物化性质
• 1.2.1 热学性质
• 1.2.2 比表面积
• 1.2.3 吸附性
• 1.2.4 阳离子交换能力
• 1.2.5 流变性
• 1.2.6 催化性
• 1.3 坡缕石粘土的矿床成因特征及矿石类型
• 1.3.1 坡缕石粘土的矿床成因特征
• 1.3.2 矿石类型及矿物共生组合
• 1.4 坡缕石粘土的分布
• 1.4.1 坡缕石粘土的国外分布
• 1.4.2 坡缕石粘土在中国的分布
• 1.5 坡缕石粘土的研究现状及存在问题
• 1.5.1 坡缕石粘土综合利用现状
• 1.5.2 坡缕石粘土活化研究现状
• 1.6 课题的提出
• 1.7 主要研究内容
• 2 坡缕石的热处理
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 热处理过程中坡缕石结构的变化
• 2.3.2 热处理后坡缕石的吸水结果
• 2.4 结论
• 3 坡缕石的酸活化
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 酸活化产物的XRD分析
• 3.3.2 酸溶过程中坡缕石滤液的定量分析
• 3.3.3 坡缕石晶格重建
• 3.4 结论
• 4 三种不同粘土矿物对阳离子的吸附、脱吸附比较
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 测试仪器及表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同粘土矿物对金属离子的吸附
• 4.3.2 不同NaCl浓度下，粘土矿物中金属离子的脱吸附
• 4.4 结论
• 5 坡缕石的碱活化与沸石分子筛的合成
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 水热反应容器—反应釜
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.4 测试仪器及表征方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 反应温度对坡缕石结构的影响
• 5.3.2 碱溶液浓度对坡缕石结构的影响
• 5.3.3 坡缕石与碱溶液的反应机制
• 5.4 以坡缕石为原料合成方沸石
• 5.5 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 不足之处
• 6.3 应用展望
• 参考文献
• 作者简介