膨潤(rùn)土的活化改性

時(shí)間：2023-03-24 14:46:56來(lái)源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

膨潤(rùn)土的活化改性

[db:作者] / 2023-01-03 00:00

(3)膨潤(rùn)土的活化改性

①焙燒改性膨潤(rùn)土焙燒活化是將膨潤(rùn)土在不同溫度下焙燒，通過(guò)揮發(fā)和燃燒使蒙脫石表面及結(jié)構(gòu)層間的分子水和有機(jī)質(zhì)蒸發(fā)掉，使黏土礦物結(jié)構(gòu)變得疏松。同時(shí)，隨著溫度的升高，黏土礦物的部分羥基脫失，裸露的斷鍵增多，礦物的比表面積增大，使其活性提高。高溫焙燒的目的是使膨潤(rùn)土失去表面水、水化水和結(jié)構(gòu)骨架中的結(jié)合水以及空隙中的一些雜質(zhì)，減少水膜對(duì)污染物質(zhì)的吸附阻力，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散，使膨潤(rùn)土的吸附性能改善。但焙燒溫度不能超過(guò)500℃，時(shí)間以2h為宜，否則會(huì)破壞有利于吸附的構(gòu)造，導(dǎo)致膨潤(rùn)土卷邊片狀結(jié)構(gòu)燒結(jié)、堆積，反而降低空隙度和孔徑，也增加處理成本。此外，利用微波的高效性也可制得品質(zhì)較優(yōu)良的活化膨潤(rùn)土。

②酸活化膨潤(rùn)土天然膨潤(rùn)土多具微孔結(jié)構(gòu)，不易接納引起有機(jī)物著色的大分子色素組元，如胡蘿卜素等，因而未酸化的膨潤(rùn)土脫色效率較低。酸活化是利用硫酸、鹽酸、草酸、硝酸等以不同濃度，在一定條件下對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化處理，其目的在于提高膨潤(rùn)土產(chǎn)品的吸附性能，以適應(yīng)輕工業(yè)中的漂白、脫色、凈化等用途。將膨潤(rùn)土進(jìn)行酸化處理不僅能夠提高其活性(如比表面積、脫色率等)，而且還可以提高其白度。因此，工業(yè)上酸活化膨潤(rùn)土又稱為活性白土或漂白土。

酸活化處理可除去分布于膨潤(rùn)土通道中可溶物和混雜的有機(jī)物等，使孔道得到疏通，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散；另一方面氫原子半徑小于鈉、鉀、鎂、鈣等原子的半徑，故體積較小的氫離子可置換膨潤(rùn)土層間的鈉、鎂、鈣、鉀等離子，使孔容積得到增大，并削弱了原來(lái)層間的鍵力，層狀晶格裂開，孔道被疏通，吸附性能得到提高。

用酸處理的膨潤(rùn)土有可能產(chǎn)生兩種形式的布朗斯特酸中心。第一種酸中心產(chǎn)生于蒙脫石層表面的邊緣部分，由于鋁離子在此結(jié)構(gòu)位置中受電場(chǎng)的不對(duì)稱影響產(chǎn)生的強(qiáng)烈的親電子性，遇到水分子時(shí)就會(huì)吸附氫氧根，產(chǎn)生氫離子，形成B酸中心；第二種產(chǎn)生于蒙脫石層內(nèi)，鋁離子與氧原子形成共價(jià)鍵，并以配位鍵與另一個(gè)氧原子結(jié)合，呈現(xiàn)出一價(jià)的負(fù)電荷，它能強(qiáng)烈地吸附質(zhì)子而達(dá)到電中性。用無(wú)機(jī)酸活化膨潤(rùn)土制得的活性白土具有很強(qiáng)的吸附性和脫色能力，可用于石油的精煉、潤(rùn)滑油和動(dòng)植物油的脫色及絕緣油的凈化等，是生產(chǎn)化妝品、醫(yī)藥、涂料的原料，顆粒狀的活性白土還可做芳烴重整、異構(gòu)化、歧化的催化劑。經(jīng)酸處理的活性白土，酸度和表面積得到較大提高，在有機(jī)反應(yīng)中可替代液體酸催化劑。

E.Gonalez-Pradas等研究了膨潤(rùn)土用硫酸活化和熱處理后表面性質(zhì)的變化規(guī)律。他們發(fā)現(xiàn)酸濃度的增大，膨潤(rùn)土的表面酸中心和微孔體積增加；在試驗(yàn)的溫度和酸度范圍內(nèi)，經(jīng)2.00mol/L硫酸活化和110℃處理的膨潤(rùn)土，有最大的表面積。

酸活化方法：當(dāng)前酸溶液活化膨潤(rùn)土的方法有兩種，即干法和濕法。干法活化是將一定細(xì)度的膨潤(rùn)土(120～200 目)浸漬于硫酸、鹽酸或磷酸溶液中充分混合，經(jīng)過(guò)擠壓后干燥，然后粉碎即得到活性白土產(chǎn)品。而濕法活化則是將膨潤(rùn)土與酸溶液混合后在一定的水浴溫度下加熱攪拌一定時(shí)間，抽濾去液，用水將濾后的膨潤(rùn)土洗至中性，于150℃下干燥后，研磨至原粒度即可。

膨潤(rùn)土酸活化的影響因素：影響酸活化膨潤(rùn)土質(zhì)量的因素較多，如膨潤(rùn)土原土質(zhì)量、投料順序、打漿時(shí)間、固液比、活化劑、反應(yīng)酸度、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、干燥溫度、攪拌速度以及漂洗條件等。本書作者及多位學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究工作，確定了酸活化膨潤(rùn)土的最佳條件。

a. 原土質(zhì)量膨潤(rùn)土原土中蒙脫石品位越高，含砂量越少，則制造的活性白土的活性度越高，吸附性越強(qiáng)，產(chǎn)品的脫色率越高。原料粒度對(duì)活性度的影響也很大，粒度過(guò)大，酸液不能將顆粒浸透，使顆粒中心的物料未參加活化反應(yīng)，造成物料活化不充分；粒度過(guò)小又浪費(fèi)動(dòng)力，增加成本。

b.投料順序因?yàn)樵恋呐蛎浫葺^大，如果采用水-土-酸的加料順序則會(huì)出現(xiàn)投料量少、回收率低、產(chǎn)量小，消耗大等諸多問題。所以采用水酸-土投料順序，只要條件控制較好，則可以生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

c.打漿時(shí)間打漿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，能源消耗大，則生產(chǎn)成本增加，時(shí)間過(guò)短則膨潤(rùn)土不能充分分散，不利于酸活化反應(yīng)的進(jìn)行。

d.固液比打漿濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，如果固液比大時(shí)，礦漿濃度大，體積小，反應(yīng)不能充分進(jìn)行；固液比小時(shí)，礦漿濃度小，體積大，則生產(chǎn)成本高，不經(jīng)濟(jì)。一般選擇固液比為1：10效果最好。

e.活化劑采用不同的活化劑對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行活化，其活化效果不同。作者對(duì)不同酸活化劑進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，乙酸和磷酸的活化效果較差；硝酸和王水的活化效果較好，但由于反應(yīng)過(guò)程中有氧化氮產(chǎn)生，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，所以不可取；用鹽酸和硫酸活化產(chǎn)品質(zhì)量較好；用鹽酸、硫酸復(fù)合活化效果更好。用亞硫酸鹽作為除鐵漂白劑，產(chǎn)品漂白效果一般；采用保險(xiǎn)粉的效果較好；用碳酸鈉、乙酸、乙酸鈉復(fù)合作用加強(qiáng)保險(xiǎn)粉的還原性能效果更好。

f.反應(yīng)酸度產(chǎn)品質(zhì)量隨活化反應(yīng)酸度的提高而提高；但超過(guò)一定酸度之后產(chǎn)品質(zhì)量開始下降。原土質(zhì)量不同，活化劑不同，反應(yīng)酸度也不盡相同。

g.反應(yīng)時(shí)間一般認(rèn)為膨潤(rùn)土酸活化反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)可加深反應(yīng)的完全程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，但并非時(shí)間越長(zhǎng)越好。

h.反應(yīng)溫度膨潤(rùn)土酸活化時(shí)的反應(yīng)溫度過(guò)低，反應(yīng)速率過(guò)慢，不利于反應(yīng)完全；提高溫度可使反應(yīng)速率加快，活性度和脫色率都明顯提高，但是溫度太高，能耗過(guò)大，活化性度和脫色率的變化不大。

i.干燥溫度若干燥溫度太高會(huì)使已活化的膨潤(rùn)土活性降低，一般大于100℃而不超過(guò)220℃為宜，以160～220℃最好。

j.漂洗條件考慮到成本問題，漂洗應(yīng)用常溫硬水(自來(lái)水)漂洗，漂洗次數(shù)一般為5～6次，洗到pH值為4～5即可。酸活化膨潤(rùn)土的活性度隨漂洗次數(shù)的增加而下降，脫色率則隨漂洗次數(shù)的增加而升高。但漂洗過(guò)分也會(huì)因離子交換平衡被破壞而使脫色率下降。

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