分散剂在蒙脱石预处理过程中的应用.docx

分散剂在蒙脱石预处理过程中的应用feigeoer摘要：简单介绍了一般分散剂的作用原因和机理，以及超分散剂的作用机理。说明了蒙脱石纳米复合材料制备过程和分散剂在蒙脱石预处理过程的应用。关键字：分散剂；机理；蒙脱石；膨润土Abstract:Thecausesandmechanisofgeneraldispersantshadbeenbrieflyintroduced.Themechanisofsuperdispersantshadalsobeenintroduced.Thepreparationofabio-nanometercompositematerialhadbeenimplied.Theapplicationofdispersantsduringthepreparationofabionanometercompositematerialwasstudied.Keywords:Dispersant;Mechanism;Montmorillonite；Bentonite近几年来，世界范围内作为“工业血液”的石油化工原料和主要能源之一的石油日趋重质化，催化裂化原料变重，残炭升高，生焦倾向大等缺点。矿物质与金属离子间的相互作用已成为当今环境科学,矿物学，土壤化学等学科研究热点.而膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土矿物，蒙脱石是含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体层中间夹一个铝（镁）氧（氢氧）八面体层组成，属于2：1型的三层粘土矿物.改性膨润土是利用蒙脱石的膨胀性、离子交换性和吸附性,将一些阳离子（无机或有机）引入到蒙脱石的层间或吸附于其表面所形成的新型多孔材料，这种材料具有高的比表面积和热稳定性，其路易斯酸也高.其中交联蒙脱石多孔材料是一类新颖的人工合成分子筛材料，具有规整的二维孔道结构，适合于有机大分子的催化转化，而且具有特殊的氧化还原催化活性。在其制备过程中，由于蒙脱石需要提纯净化，因此在其制浆的过程中需要分散剂使其充分分散和杂质分离。1分散剂的概念和作用原因在改性膨润土的制备过程中，表面活性剂起着非常重要的作用.表面活性剂分子结构有两部分组成一亲水基团和疏水基团.即表面活性剂具有亲水性质和疏水性质.表面活性剂的性质主要由亲水性质决定.固体粉末均匀地分散在某一种液体中的现象，称为分散。粉碎好的固体粉末混入液体中往往会聚结而下沉，而加入某些表面活性剂后便能使颗粒稳定地悬浮在溶液之中，这种作用叫做表面活性剂的分散作用。表面活性剂产生分散作用的原因有以下几个方面：（1）降低表面张力，表面活性剂吸附于固一液界面上，降低表面自由能，也就是削弱了自发凝聚的热力学过程，见图1。（2）位垒,低分子表面活性剂吸附在固一液界面上时形成一层结实的溶剂化膜,阻碍颗粒相互接近.由于热运动，分散的颗粒始终处于相互碰撞的状态，因此表面活性剂的表面膜必须具有足够的黏附性以免发生解吸作用，并且必须有足够的浓度以产生能量垒，防止有碰撞动能引起的颗粒聚结，见图2。（3）电垒，离子型表面活性剂吸附在固体颗粒表面上，由于离子化的亲水基向水相，使所有的颗粒获得同性电荷，它们互相排斥，因此，颗粒在水中保持悬浮状态，见图3。图2形成溶剂化膜图1降低表面张力十+图3电垒作用2分散剂的作用机理2.1 一般分散剂的作用机理：分散剂作用于粒子是一化学过程。首先分散剂溶解于水，在水中电离，且电离程度大，形成大的阴离子和等量异种电荷的小阳离子。正、负离子牢牢地吸附在粒子表面,使离子带有相同的电荷;带相反电荷的离子自由扩散到周围液体介质中形成一个带电离子的扩散层，即双电层；由于带相同电荷的离子互相排斥，形成静电斥力，可防止膨润土在水性介质中絮凝，从而达到分散的目的。以分散剂聚丙烯酸钠为例：作为聚电解质，其特征是具有一个大离子的骨架和一个当量数小、且独立的电荷相反的平衡离子。在静电斥力的作用下，分散剂聚丙烯酸钠有很强的电离性能，电离程度越完全,颜料粒子表面吸附离子的亲合力越大,则分散作用越有效。2.2 超分散剂的作用机理：超分散剂是一类高效的聚合物型分散助剂，目前己在国外油漆与油墨行业中获得广泛应用超分散剂的分子结构分为两个部分：一部分为锚固基团，可紧紧吸附在颜料颗粒表面,防止超分散剂脱附；另一部分为溶剂化链,它与分散介质具有良好的相溶性,能在颜料表面形成足够厚度的保护层。当吸附有超分散剂的颜料粒子相互靠近时，由于保护层之间的相互作用而使颗粒弹开,从而实现颜料粒子在油墨与油漆介质中的稳定分散见图4。与传统的表面活性剂型分散剂相比，超分散剂的结构特征在于以锚固基团及溶剂化链分别取代了表面活性剂的亲水基团与亲油基团。表面活性剂的亲水基团虽然与水具有很好的亲和作用，但它与颜料表面的亲和力，尤其是与低极性有机颜料的亲和力不够牢固,吸附的表面活性剂易脱附而导致颜料絮凝；表面活性剂的亲油基团为烧链结构，且一般不超过18个碳原子，即使表面活性剂能牢固吸附于颜料表面,其亲油基团一般也不能形成足够厚度的保护层。而超分散剂在其分子结构的设计过程中充分考虑了表面活性剂的上述不足之处,其锚固基团能通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用以单点或多点锚固的形式牢固吸附于颜料表面,其溶剂化链则可以通过选用不同的聚合单体或改变共聚单体配比来调节它与分散介质的相容性，同时还可以通过增加溶剂化链的分子量以保证它在颜料表面形成足够的空间厚度。超分散剂的锚固机理对于不同极性的颜料颗粒,超分散剂采取不同的锚固方式。对大多数无机颜料而言,其表面极性较高,反应活性较大,此时锚固基团可与之形成离子对的结合形式。离子对的形成主要有两种形式,第一种是由于颜料表面与锚固基团之间存在异性电荷，由异性电荷之间的相互吸引形成键合;第二种是颜料表面具有一定的酸性或碱性,而锚固基团具有一定的碱性或酸性。根据酸碱吸附理论,锚固基团与颜料表面之间可以产生质子转移,形成异性电荷,最终也能形成离子对的键合形式。由于有机介质的介电常数很低，异性电荷之间的分离相当困难,因此离子对的键合形式是相当牢固的。单点锚固即可保证足够的吸附强度。对大多数有机颜料而言，其表面极性不如无机颜料强,反应活性也不如无机颜料高,因此一般不能形成离子对的锚固形式。但由于其表面仍具有一定的极性基团，如酯基、默基以及醒键等,因此具备形成氢键的能力,超分散剂可以通过氢键的形成锚固于颜料表面。由于氢键的键能较低，单一的氢键难以保证足够的吸附强度，因此在设计超分散剂的分子结构时,宜采用AB嵌段、BAB嵌段或梳状的分子构型,使每个超分散剂分子含有多个锚固基团，见图5,6。图4超分散剂作用机理示意图图5通过离子对形成的单点锚固作用AAWXAZvwvwv-AhVx/Wvvy图6通过氢键形成的多点锚固作用3蒙脱石纳米复合材料的制备过程将膨润土分散于水中后，在极性分子及机械力共同作用下，一些高质量的膨润士颗粒能分散在水溶液中；而土中密度较大的石英、长石等脉石矿物，在水中却不易分散。因此，可利用重选法除去石英、长石类杂质。但若要获得蒙脱石含量大于90%的高纯度膨润土，则需要在浆液中加入合适的分散剂，辅以维持矿浆悬浮的搅拌力使得膨润土颗粒能够充分分散，蒙脱石就容易被膨胀剥片到合适的胶体粘粒粒级，从而能够与达不到胶体粒级的杂质矿物实现分离。由于方英石粒度细微，分布均匀，与蒙脱石共生。在浆液中的石英粒径一般较细，仅靠重力自然沉降分级分离出这部分产品，需要较长时间。因此，试验中采取离心机产生的惯性离心力来强化分选过程，提高选别效果，缩短了选别时间。先将膨润土原矿经自然晾晒，粉碎成200目后，称取一定量原矿粉浸于IoOomL水中，经过机械搅拌后，在极性水分子及机械力共同作用下，将膨润土颗粒分散于水中，使不溶于水的杂质沉淀下来，静置一定时间后用虹吸法抽出上液，粗渣弃去，上液中再加入适量的分散剂-焦磷酸钠搅拌一定时间，静置24h后抽出上部浆液，弃去中渣；再将所得上部浆液高速离心后烘干上部高纯浆液即得提纯膨润土产品。在提纯的蒙脱石中加入蒸储水使其充分分散，磁力搅拌下，以溶胶一凝胶法为基本实验方法，以Ti(nCH0)为钛源，在搅拌的条件下将其缓慢地滴人到一定浓度的盐酸溶液中，继续搅拌一定时间，静置老化，即制成Ti(溶胶溶液。在剧烈搅拌的条件下，把以上配制的交联剂液缓慢滴加到一定浓度的高纯蒙脱石悬浮液中，室温交联，反应絮凝物静置过夜后，离心分离，用蒸储水洗涤至无Cl(用AgNO3,检验)，所得固体在一定温度下干燥后即得钛交联蒙脱石纳米复材料(Ti-PILCs),见图7。图7蒙脱石纳米复合材料的制备过程4分散剂在蒙脱石纳米复合材料的制备过程的应用当将膨润土制成悬浮液时，由于膨润土的吸水性和膨胀性，其在溶液中的密度大大减小，因而在理论上可以用自然沉降的方法进行分选。但由于膨润土是一种薄片状粘土颗粒，在颗粒的表面带有负电荷，而颗粒的边缘端面区域带正电。在水分散介质中的蒙脱石颗粒之间，靠正负电性吸引，容易形成搭接结构，使得蒙脱石在溶液中产生絮团现象，给蒙脱石矿物提纯带来很大困难。因此，必须外加适当的电解质作为分散剂，破坏蒙脱石颗粒间的正负电荷吸引，才能取得较好的提纯效果。网分散剂主要有焦磷酸钠、三聚磷酸钠、碳酸钠、六偏磷酸钠、氯化钠等一般分散剂和超分散剂。选用分散剂后，膨润土的吸蓝量和膨胀容均有了不同程度地提高。这是由于加入分散剂后，有效成分能吸附于蒙脱石矿物正电性边缘，从而形成负电性边缘，这样蒙脱石颗粒全部转变为负双电层胶体，彼此之间相互排斥，缔合结构消失，同时胶体粘度减小，使细粒固体杂质失去支托，靠重力迅速下沉，从而使蒙脱石得到提纯。再施加一定的离心力场，则可使提纯效果更为显著。网5结论本文主要介绍了分散剂的定义和作用原因，介绍了一般分散剂尤其是目前在国外应用广泛的超分散剂的作用机理。说明了蒙脱石纳米复合材料的制备过程，以及分散剂在蒙脱石纳米复合材料的制备过程中的作用机理。参考文献:1周平，易国斌，熊富华，康正，张宏辉.聚合物/蒙脱石纳米复合材料研究进展j.化学与生物工程，2007(2):5-62架文楼，李明路.膨润土的开发应用m.北京:地质出版社，1998,5-63冯绪胜等.胶体化学m.北京：化学工业出版社，2005,104T054王保，周小凡，刘建华，朱万亮.分散剂聚丙烯酸钠在纸张涂料中的应用j.造纸化学品,2006,(1)：29-305王正东，胡黎明.超分散剂的作用机理及应用效果j.精细石油化工，1996,(16):59-616刘涛，张一敏.蒙脱石纳米复合材料基质制备研究j.矿业快报，2004(7)：1820.7张一敏，黄晶，张敏.钛交联蒙脱石的合成及表征j.矿产综合利用,2007(1)：6-78杨守志等.固液分离m.北京：冶金工业出版社，20039罗茜，余仁焕,固液分离饰.北京：冶金工业出版社，1997