有机蒙脱石层间烷基铵吸附特性及凝胶性能研究

论文摘要

有机蒙脱石层间烷基铵的吸附特性及其凝胶性能是有机蒙脱石制备和应用研究的重要方面。本论文系统研究了有机蒙脱石层间烷基铵吸附量的表征方法,考查了改性工艺条件、改性剂结构、蒙脱石层电荷等因素对烷基铵吸附特性以及有机蒙脱石结构和凝胶性能的影响,并对有机蒙脱石在不同溶剂体系中的凝胶性能进行了研究。热重和差热分析表明有机蒙脱石和钠基蒙脱石热性能不同,有机蒙脱石在200～500℃之间出现强失重和放热过程。傅里叶变换红外分析和X-射线衍射分析证实,吸附烷基铵在500℃下灼烧2h后完全分解,蒙脱石骨架结构不发生变化。文中,首次引入烷基铵吸附率和有效吸附量的概念,提出了通过测定灼烧失量表征烷基铵吸附特性的方法。论文对影响烷基铵吸附率的关键因素进行了系统研究。在改性剂用量1.1CEC,改性时间2h,改性矿浆pH值在8～10时,吸附率达到最大值;烷基铵有效吸附量可以超过1.0CEC,呈现层间超量吸附特性。此外,改性剂结构同蒙脱石层电荷间的匹配是影响烷基铵吸附率的决定性因素。在符合烷基铵分子截面积和蒙脱石层电荷匹配理论时,烷基铵碳链越长,蒙脱石层电荷越低,烷基铵吸附率越高。有机蒙脱石的结构和凝胶性能受烷基铵有效吸附量影响,然而蒙脱石层电荷和烷基铵结构是决定性影响因素。随着有效吸附量增加,有机蒙脱石层间距不断增大,在有效吸附量刚超过1.0CEC时凝胶粘度达到最大值;之后,层间出现混层结构,凝胶粘度降低。随着蒙脱石层电荷和烷基铵分子截面积的增加,有机蒙脱石层间距和衍射峰强度不断增加。凝胶粘度并不随层间距的增加而增大,而是由烷基铵的层间排布及“卡房式”结构的形成决定。低层电荷和中等层电荷蒙脱石采用适宜改性剂可制备凝胶性能较好的有机蒙脱石,高层电荷蒙脱石难制备凝胶性能较好的有机蒙脱石。有机蒙脱石质量分数的增加、分散转速的提高和适宜的水分均有利于凝胶粘度的提高。有机蒙脱石凝胶粘度取决于溶剂体系的亲有机物性和极性,苯系溶剂的极性越高,其凝胶粘度越大;活化剂加入能显著提高其凝胶粘度,乙醇的活化性能优于甲醇。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 有机蒙脱石的结构、性能及其应用
• 1.3 有机蒙脱石制备和凝胶性能研究现状及存在问题
• 1.4 本论文的研究目的、意义及主要研究内容
• 2 实验试剂、设备及研究方法
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.3 主要测试表征手段和研究方法
• 3 蒙脱石原料性质及水化性能研究
• 3.1 天然蒙脱石原矿的性质
• 3.2 蒙脱石的提纯、钠化及其结构表征
• 3.3 蒙脱石的层电荷及其计算
• 3.4 蒙脱石的水化性能及其分析
• 3.5 本章小结
• 4 有机蒙脱石层间烷基按性质及其吸附量表征
• 4.1 有机蒙脱石样品的制备
• 4.2 有机蒙脱石的热性能分析
• 4.3 有机蒙脱石的红外和X-射线衍射分析
• 4.4 有机蒙脱石层间烷基铵有效吸附量表征的方法
• 4.5 小结
• 5 有机蒙脱石凝胶性能影响因素研究
• 5.1 改性工艺条件优化的研究
• 5.2 改性剂结构对有机蒙脱石结构和凝胶性能的影响
• 5.3 层电荷对有机蒙脱石凝胶性能和结构的影响
• 5.4 小结
• 6 溶剂体系对凝胶性能的影响研究
• 6.1 凝胶制备条件对有机蒙脱石凝胶性能的影响
• 6.2 有机蒙脱石在不同溶剂体系中的凝胶性能
• 6.3 小结
• 7 主要结论和创新点
• 7.1 主要结论
• 7.2 主要创新点
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻读硕士期间发表论文情况