本科毕业论文-挤压法对辽宁建平县钙基膨润土钠化改性研究

本科毕业设计（论文） I 摘 要 本文采用挤压法对辽宁建平县钙基膨润土进行钠化改性研究。探讨了不同改 性剂、钠化改性剂的用量、不同挤压时间、不同预热温度等因素对钠化效果的影 响，同时探讨不同 PH 值下的吸蓝量和高温焙烧对膨润土活性的影响，并针对这 些性能指标确定了膨润土的最佳钠化改型工艺和改性条件。 采用（原土加干粉碳酸氢钠混合加水混合加热碾压陈化一 天烘干粉碎成粉）的工艺对钙基膨润土进行钠化改性实验，实验得出最佳改 性剂为碳酸氢钠，最佳钠化剂的投加量为 5，钠化挤压时间 15min、最佳钠化 温度为 90oC。钙基膨润土钠化改型后其膨润土的理化性能得到有效提高，其膨润 土的吸蓝量和膨胀指数分别由原矿的 29.45g/100g、5mL/g 分别提高到 40.28g/100g、 14mL/g 。 最佳吸附停留时间为 24h。 高温焙烧的最佳温度为 200oC， PH=49 这阶段吸附效果好且平稳。由于改性后的膨润土指标和钠基膨润土相似， 所以钙基膨润土变成了钠基膨润土。 以上实验研究结果表明钠化后的膨润土的性能在得到了有效的提高，因其良 好的性能被运用于工业和环境领域中，膨润土经钠化后使用价值得到了提高，对 膨润土的开发利用具有深远的意义。 关键词：膨润土、钠化改型、膨胀指数、PH、高温焙烧 本科毕业设计（论文） II Abstract The paper uses the way of extrusion to research the Calcium bentonite in Jian Ping County of Liao Ning Province of sodium-modified. The paper discusses the effect of sodium-ionized efficiency under various factors such as different modifier, the sodium-modified dosage, different time and different preheating temperature. It also explores the effect on the activity of bentonite under the blue absorption of different PH and high temperature roasting, and it based on these performance indicators to determine the the best sodium-modified technological condition of calcium bentonite. The sodium bicarbonate (the original soil with powder mixed, mixed with water - heating, rolling, aging a day, drying and crushing into powder) process of Ca bentonite were sodium modification of the experiment. the best modifier is sodium hydroxide and the optimal sodium-modified dosage is 5%, meanwhile, the sodium-modified extrusion time is 15min and the optimal sodium-modified temperature is 90oC. After the sodium-modified of calcium bentonite, the chemical properties of bentonite can improve greatly. Its blue absorption and swelling index increase from 29.45g/100g、 5mL/g to 40.28g/100g, 14mL/g. The best adsorptive residence time is 24h. The optimum temperature of high temperature calcination is 200oC, and the adsorption effect of PH=49 is good and stable. As the modified bentonite index and sodium bentonite are similar, the calcium is changed bentonite into sodium bentonite. .The above results of researching show that performance of sodium bentonite has been effectively improved, because its good performance is used in the industry and in the field of environment, and the value of using bentonite behind sodium has been improved ,which is great significance to the development of bentonite. Key words: bentonite; the sodium-modified; swelling index; PH; high temperature roasting 本科毕业设计（论文） III 目 录 第第 1 章章 绪论绪论 . 5 1.1 膨润土概述 . 5 1.1.1 膨润土简介 . 5 1.1.2 膨润土的矿物结构特征 . 5 1.1.3 膨润土的性质特征 . 6 1.1.4 膨润土的运用 . 7 1.2 膨润土改性研究状况 . 8 1.3 膨润土的改性方法 . 9 1.3.1 酸性活化 . 9 1.3.2 焙烧活化 . 9 1.3.3 膨润土的钠化方法 . 10 1.4 研究目的与意义 . 10 1.5 研究内容 . 11 1.6 研究成果 . 11 第第 2 章章 实验部分实验部分 . 12 2.1 实验原理 . 12 2.2 实验方法 . 12 2.3 实验材料与主要试剂 . 12 2.4 实验主要仪器及设备 . 13 2.5 实验测量方法 . 13 2.5.1 膨胀指数的测定 . 13 2.5.2 用分光光度计测定膨润土吸蓝量 . 14 2.5.3 膨润土的膨胀容测定 . 15 2.5.4 溶液的配制 . 16 2.5.5 静态吸附实验 . 16 2.6 膨润土对亚甲基蓝吸附量的计算 . 16 2.7 钠化膨润土的制备步骤 . 16 2.8 膨润土的高温烘焙改性 . 17 第第 3 章章 结果与分析结果与分析 . 18 3.1 实验测量结果 . 18 本科毕业设计（论文） IV 3.2 不同钠化工艺对钠化效果的影响 . 19 3.3 反应温度对钠化效果的影响 . 21 3.4 钠化剂量对钠化效果的影响 . 23 3.5 挤压时间对钠化效果的影响 . 25 3.6 不同钠化剂对钠化效果的影响 . 28 3.7 不同 PH 对吸蓝量的影响 . 29 3.8 重复性实验 . 30 3.9 不同吸附时间对吸蓝量的影响 . 30 3.10 高温烘焙对膨润土的改性影响 . 32 第第 4 章章 结论结论 . 34 4.1 实验结论 . 34 4.2 实验总结 . 34 4.3 展望 . 35 参考文献参考文献 . 37 致致 谢谢 . 39 附附 录录 A 英文译文英文译文 . 40 附附 录录 B 英文原英文原 . 54 本科毕业设计（论文） 5 第1章 绪论 1.1 膨润土概述 1.1.1 膨润土简介 膨润土1人们称它为斑脱岩、又叫膨土岩。膨润土是以蒙脱石为主的一种矿 物的粘土岩，是由美国地质学家 WCKnight 在 1888 年发现的，用美国怀俄明 州落基山河附近的钠质膨润土产地“fortBenton”命名为“Bentonite。其含义是 在 1972 年西班牙马德里举行的国际粘土会议(AIPEA)上正式提出，认为“膨润土 是以蒙脱石类矿物为主要组分的岩石，是蒙脱石矿物达到可利用含量的粘土或粘 土岩” 。膨润土是一种白色或淡黄色粉末状矿物，也会因铁含量的变化呈浅绿色、 浅灰、褐红、黑色等2。 膨润土的应用领域比较广泛，膨润土具有较好的离子交换性、吸附性、粘结 性、悬浮性、触变性等，可作聚凝剂、分散剂、增稠荆、粘结剂、洗涤剂、填充 剂、增塑剂等方面的用途，普遍用于铸造、固矿、石化、建筑、食品、陶瓷、造 纸、纺织印浆、钻井泥浆、涂料、洗涤、医药、农业、饲养、环保等部门，素有 “万能材料”的美誉2。 1.1.2 膨润土的矿物结构特征 膨润土一般是与众多矿物相结合而形成粘土矿物，其主要成分是以蒙脱石为 主。由于蒙脱石拥有很多特性，这些特性决定了膨润土的基本性能。蒙脱石结构 氧(氢氧） 交换性离子,nH2o 铝（铁、猛、等）和为硅（铝） 图 1-1 膨润土的晶体结构图 本科毕业设计（论文） 6 是由两层硅氧四面体把一层铝氧八面体夹着在中间的从而构成 2:1 型层状硅酸盐 矿物，然而硅氧四面体系是由处于在同一平面的硅氧四面体上的三个顶氧和跟它 相邻硅氧四面体共用而结成一系列像六方环网格的硅氧片3；而铝（镁）氧（羟 基）八面体片是以铝（镁）原子为中心，并与彼此顶点相对的四面体片的四个顶 点的氧处于同一平面的两个羟基构成六配位的铝（镁）氧（羟基）八面体彼此借 O、(OH)相邻八面体中心原子配位相连从而组成铝（镁）氧（羟基）八面体2。 其结构如图 1-1 所示。 1.1.3 膨润土的性质特征 膨润土因拥有特殊的结构使其具有一些独特理化的性质4； （1）晶格置换 晶格置换是指蒙脱石结构中的硅氧 Si、O 四面体中的硅离子和（或）铝氧 A1-(O，OH)面体中的铝离子，被其他低价阳离子如 AL3+、Mg2+、Zn2+、Fe3+等离 子所置换的一种现象5,6。这种离子置换现象的结果是使蒙脱石单位晶胞带负电 荷， 从而造成蒙脱石晶胞电荷的不平衡， 使其晶片中和晶层内的化学键发生偏离， 使其更偏离于离子键。晶格的置换能力越强，其离子性就越强，晶体表面电化学 性质就越强，吸附阳离子和极性分子的能力就越大。 （2）膨润土的亲水性 蒙脱石层之间主要是以范德华力结合，其键能比较弱，容易被解离。当水分 子进入层间时，从而迫使晶层键发生断裂，层距变大，从而导致晶格膨胀。同时 由于晶胞带有很多金属阳离子和羟基亲水基，因此具有很强的亲水性，有的膨润 土能吸附水的量超过自身重量的5倍， 其吸水后的体积也可以膨胀到自身的2030 倍7。 （3）膨润土的吸附性 膨润土的吸附有三种不同吸附类型，分别为物理吸附、化学吸附、和离子交 换吸附。其吸附原理为：物理吸附是由膨润土表面自由能发生作用所产生，是靠 吸附剂和吸附质之间所产生的分子间力，该吸附石一个可逆吸附过程；化学吸附 是由吸附剂与吸附质之间化学键力的相互作用所产生的一种吸附现象，它一般是 一个不可逆过程；离子交换吸附主要是由于膨润土层间的阳离子被所进入的低价 阳离子交换引起的，水中的低价阳离子可以与层间原有离子 Ca2+、Mg2+等进行交 换8，从而使膨润土被改性，学者们正是借助膨润土在水体系中的这一特性来对 膨润土进行改性研究，这一过程也是可逆过程。在废水处理中主要是应用利用膨 润土的吸附性和离子交换性这个特性。 （4）悬浮性和分散性 膨润土在水中具有悬浮性，这是因为蒙脱石具有很大而不规则的表面且颗粒 本科毕业设计（论文） 7 非常细小(0.020.2 u m)9，此外蒙脱石的晶胞带负电（层间负电荷） ，晶胞间由于 彼此同性相斥，在稀溶液里由于相互排斥的作用很难聚集成大颗粒因而表现出良 好的悬浮性10。 （5）粘接性和可触性 膨润土因具有亲水性、颗粒非常细小而且具有不规则性、晶体表面电荷的多样 化及比表面积大等特点，因此膨润土与水混合带来很大的粘结性。在有外力搅动 的作用下悬浮液表现出很好的流动性的溶胶液；当搅动停止时，这些悬浮液就会 自行排列成具有网状结构的凝胶，而且不会发生沉降分层和水的离析；当在这种 状态下再施加外力搅动，凝胶又会迅速被打破，从而恢复原来流动性。 1.1.4 膨润土的运用 膨润土因其性能良好，使其在国民经济中得到广泛的运用，近几年来膨润土 新材料和环保领域运用得越来越广泛， 在国内外都特别重视， 其最用途如下11,12： （1）石油业：因膨润土具有特别好的吸水性、膨胀性、粘稠性及良好的悬浮 性，在加入增效剂以后，可以大大提高造浆度，从而使钻井效益得到有效提高， 在复杂地形中，减少钻井时事故的发生。 （2）农业方面：由于膨润土具有良好的离子吸附和交换能力，同时含有 K、 Ca、Mg、Fe、Cu、Na 等动物所需元素，可以作为饲料中的添加剂、吸附剂、载 体等，可以提高禽及鱼虾的生长速度。由于膨润土具有吸水性，所见将适量的膨 润土干旱的土地上，因其吸水性吸收和储存水分，从而防止土壤中的肥料流失， 有利于植物的生长。在食油加工过程中，因膨润土具有良好的吸附性，所以能吸 收花生油中的“黄曲霉”B1 毒菌。 （3）医疗： 膨润土具有一定的粘性， 可用于牙科领域， 可制成牙科用粘固粉， 治疗口腔疾病的牙粉及牙膏用增稠剂。利用其吸附性质还可作为胃肠道吸附剂， 用于清除体内的重金属及放射性同位素.膨润土对细菌、病毒具有选择性吸附作 用。在某些抗生素中加入膨润土可增加其稳定性。 （4）环保中运用： 在废料处理方面。 用膨润土进行核废料处理和消毒防护由 于膨润土具有柔软性、导电性低、吸附能力强、粘稠性好等特点，因此将核电站 等放射性废料用膨润土稠浆包裹后装入容器深埋地下，其效果比较较好；国外用 膨润土制备毒剂防护的消毒急救包，也有广泛的用途。在废水处理方面，由于膨 润土具有良好的吸附性和膨胀性，所以膨润土在废水中能吸附废水中的重金属离 子、COD、印染废水等各污染物，膨润土在处理煤气洗涤废水中的应用用膨润土 处理印染废水、煤气洗涤废水、味精厂等废水、废物去除率达 99.5。 （5）建材领域：被用作水泥的混合材料，从而改善了水泥的质量。 （6）其他方面的运用，经提纯后的膨润土可运用在化妆用品中，在洗发水、 本科毕业设计（论文） 8 洗面乳中加入优质的膨润土，可以改变其粘稠性和触变性，其次膨润土具有较好 的吸水性和吸附能力，在化妆品中具有较好的保湿性和吸附性，从而增加了化妆 品的质量。 1.2 膨润土改性研究状况 膨润土因其独特的矿物学特性，所以膨润土有很多工艺性能十分优良，在环 境保护领域中具有环境修复、环境替代和环境净化等功能，这些特殊功能使其在 环境中具有巨大的运用潜力，因而被广泛应用于日用化工业、食品加工业、纺织 造纸工业、石油钻井工业、铸造和冶金工业、建材工业、农业畜牧业等行业。目 前，膨润土主要运用在环境方面，膨润土的相关产品的制备及应用研究主要围绕 环境污染治理、纳米复合材料和催化剂及载体三个领域13。 在我国膨润土的储量非常大， 其膨润土是世界上储量最大的国家之一， 但是， 我国国内各省分的膨润土大多是钙基膨润土，总体上钙基膨润土占 90%左右，钙 基膨润土由于产品性能和质量较差，不能满足膨润土工业深加工产品的要求，而 钠基膨润土拥有比钙基膨润土有更好的膨胀特性、较好的流变特性、较高的分散 性和粘接性、较高的阳离子交换容量等多种性能，由于世界上天然钠基膨润土含 量特别少，随着需求量的增加钠基膨润土也日益短缺，因此将膨润土进行钠化处 理得到的钠基膨润土将会弥补天然钠基膨润土的不足，为膨润土深加工产品开辟 新的途径。随着膨润土的不断运用，所以 21 世纪以来，国内外众多学者专家都在 不断努力的寻扎更加适合钠化处理的方法而努力着14。近年来国内外关于膨润土 钠化改型方面的研究。 国内研究状况。易发成，戴淑霞，侯兰杰等15以碳酸钠作为钠化改性剂对钙 基膨润土进行钠化改性， 改性后的膨润土的膨胀容为 52 mL/g， 胶质价为 55 mL/g， 其使用的钠化方法为半干法。陈淑祥等16以氟化钠作为钠化剂对南京汤山钙基膨 润土进行湿式钠化改性，其改性后的膨润土膨胀容达到 98mL/g。曹礼明等17以 碳酸钠作为钠化改性剂对钙基膨润土进行钠化改性，其钠化方法为悬浮液湿法， 改性后钠化改性后的膨胀容、膨润值和 CEC 各项指标分别由原矿的 6mL/g、8 mL/3g、71.38mep/100g、提高到 64 mL/g、82 mL/3g 和 92.02 mep/100g。 陈志勇18将氯化钠作为钠化改性剂，采用酸性活化法将钙基膨润土进行改 型，钠化后的膨胀容由原来的 54.5 mL/15g 提高到 94.2 mL/15g。胡志荣等19以碳 酸钠作为钠化剂，用湿式钠化法将辽宁黑山钙基膨润土进行改性，改性后膨润土 的膨胀容由 10 mL/g 提高到 30 mL/g。邓慧宇等20以 Na2CO3、NaOH 作为钠化改 性剂对金溪钙基膨润土进行水热钠化改性，其改性后钠化膨润土的 CEC 由 62mmol/100g 提高到 81.2mmol/100g。罗太安等21以 NaCl 作为钠化剂对江西省广 本科毕业设计（论文） 9 丰县钙基膨润土进行钠化改性， 其改性方法为悬浮液湿法， 其改性后膨胀容由 8.85 提高到 32.00 mL/g。王银来等22以 Na2CO3作为钠化改性剂对安徽钙基膨润土进 行钠化改性，采用挤压钠化改性方法，改性后膨胀容由 8 mL/g 提高到 42mL/g。 国内外对于钙基膨润土的改性方法也特别多，改性技术也特别的成熟，膨润 土改性后效果良好。经过多年来国内外众多学者的共同研究表明钙基膨润土钠化 后效果相对较好，经济成本低、方法简单。但钙基膨润土在进行钠化过程中遇到 一些问题：产品脱水和干燥困难。 1.3 膨润土的改性方法 天然膨润土因其具有较大的比表面积和离子交换容，因此在污水处理中重金 属吸附有特别好的作用。但是由于膨润土表面的硅氧结构具有较强的亲水性和大 量水解的可交换层间阳离子。因膨润土具有负电性，不能去除水中的阴离子污染 物，所以在环境领域中应用受到了很大的限制。将膨润土进行改性后能使膨润土 的比表面积和离子交换容得到大大提高，从而提高了膨润土的吸附能力。膨润土 的改性方法有钠化法、酸性活化、焙烧活化等23,24。 1.3.1 酸性活化 酸性活化是利用硫酸、盐酸、硝酸等对其进行改性，其改性目的是提高膨润 土的吸附能力，从而使改性后的膨润土适应了各种领域的性能要求。将膨润土进 行酸性活化改性有利于膨润土的比表面积提高。酸性活化原理是利用不同浓度的 酸处理膨润土，使膨润土中蒙脱石层间杂质得以去除，因而是其通道被疏通，有 利于分子的吸附。经过酸活化改性后的膨润土，其蒙脱石层间孔道和空隙结构得 到改善，改性前的膨润土较为致密的片状板层堆积结构变得疏松，孔道变大，从 而有利于污染物分子进入并对其进行有效的吸附。 1.3.2 焙烧活化 膨润土的焙烧活化改性是利用不同温度对膨润土进行焙烧，从而使膨润土中 的蒙脱石的表面和层间分子水和有机物被燃烧和挥发掉， 使膨润土表面变得疏松， 蒙脱石层间通道得到疏通，由于高温使水分子挥发的作用，使膨润土的孔道增多 从而使其比表面积增加，使膨润土的吸附能力有所提高，同时由于温度升高造成 膨润土中的部分羟基脱失、裸露在外面的断键增多，从而使膨润土的比表面积增 大，因此膨润土的活性和吸附性能增强。高振洲，高欣宝等25对高温焙烧进行了 研究， 其结果表明： 300oC 时逸出层间水， 500oC 时失去结晶水。 随着温度的升高， 水分逐渐逸出，膨润土内部形成的孔隙增多，比表面积增大，膨润土的吸附能力 增加。 李梦耀26等研究表明，膨润土焙烧活化后对色度去除上升。R.Naseem 等27 本科毕业设计（论文） 10 将膨润土经 150oC200oC 活化后，对水溶液中 Pb2+的去除率达 96以上。 1.3.3 膨润土的钠化方法 膨润土钠化改性时利用钠离子来交换蒙脱石中的阳离子，从而达到改变膨润 土的物化性能的一种改性方法。一般普通膨润土中蒙脱石层间距的大小和层间距 之间的离子大小和水分的多少有关。将钙基膨润土进行钠化的方法是将一定量的 改性剂加入钙基膨润土中，在一定条件下让其进行充分的反应从而达到钠化改性 的目的。由于钠化改性剂中的钠离子将蒙脱石中的钙离子交换出来，所以钙基膨 润土变成了钠基膨润土。 膨润土的钠化改型工艺主要有半干法和湿法两种。湿法改型工艺又称为悬浮 液法，就是将膨润土与水混合配成约为 1:1 或更稀的矿浆，然后加入适量的钠化 改性剂(常用的有碳酸钠、氯化钠、焦磷酸钠、氢氧化钠、氟化钠28,29 或六偏磷 酸钠等)，在 6080oC 左右温度下搅拌 1.2h，得到钠化后的钠基膨润土，此法改型 得到的钠基膨润土质量高，产品质量很稳定，但是产品的脱水、干燥非常困难。 脱水和干燥过程中耗能高。影响湿法钠化的主要因素是：钠化改型剂的种类与用 量、矿浆浓度、加热温度、搅拌时间和速度等。半干法加工工艺是：往膨润土干 料中加入溶解钠盐的水溶液。利用外加的高能量机械力的挤压产生的力将 Na+强 制引入蒙脱石层间。由于混合过程中不能将膨润土和钠化改性剂充分混合，所以 这种方法很难使膨润土充分钠化，钠化后的产品质量差，难以达到一级品的工业 标准， 一般适用于对性能要求不太高的造浆土等。 目前常用的半干法钠化方法有： 轮碾钠化法、堆场钠化法、双螺旋混合挤压钠化法、螺旋阻流挤压法等在钠化 过程中影响半干法钠化的主要因素是：挤压作用的时间、膨润土加热温度和加热 时间的影响、钠化剂的投加量、粒度和挤压次数等30。 本文针对辽宁建平县的钙基膨润土，采用干法中的挤压钠化方法对膨润土进 行钠化改性，以期在缩短钠化周期的同时获得较好的钠化效果。通过测定膨润土 的性能，研究钠化工艺方法、钠化剂加入量等工艺条件的影响，最终确定最佳钠 化改性条件。 1.4 研究目的与意义 随着我国工业的快速发展，生活中的各种污染也日益严重，水污染是其中之 一，然而我国是一个水资源短缺的国家，由于水受到了严重污染，给我国用水安 全带来了严峻的挑战。由于水受到了污染造成水资源不能重复利用。然而在水处 理方面由于水处理的成本特别高，作为一种新的环保处理材料，膨润土在环保领 域中意成为一个热点。膨润土不仅价格低廉，且在环境保护中具有环境修复、环 本科毕业设计（论文） 11 境净化和环境替代等功能，这些特殊功能使其在环境中具有巨大的运用潜力。而 不同的膨润土的特殊功能也不相同，自然界中 90%以上为钙基膨润土31，而辽宁 建平县膨润土产量丰富，但钙基膨润土性能差，质量不稳定，难以达到工业标准。 而钠基膨润土比钙基膨润土有更好的膨胀性和阳离子交换性，所以将钙基膨润土 钠化是非常有必要的。然而在现有的钠化方法上，一些成本高，工艺复杂，使用 范围受限。然而现有的研究方法也大多数是针对不同地区的膨润土，不同地区的 膨润土在性质和结构上也是有所差异的，所以对不同地区钙基膨润土的钠化条件 也是有差异的。在现有研究中很少有对建平县钙基膨润土进行研究，所以对其进 行研究是很有必要的。对建平县钙基膨润土研究将有利于快速发展，从而改变其 纯度低，有利于该地区膨润土的工业化发展。 1.5 研究内容 本论文主要研究的是钙基膨润土在钠化过程中不同钠化剂、钠化温度、钠化 挤压时间、 钠化剂投加量对钙基膨润土钠化效果的影响， 从而确定最佳钠化条件， 同时探索膨润土的最佳吸附时间，从而确定膨润土在工业应用中处理吸附时的最 佳停留时间，根据不同处理废液中 PH 的不同从而研究不同 PH 值中改性膨润土 的吸附量，然后根据其吸附量确定其理想吸附 PH 值，最后探索焙烧对膨润土活 性的影响。 本论文研究的主要内容如下： （1）膨润土的最佳钠化条件和工艺。 （2）膨润土的最佳吸附时间和最适 PH 值。 （3）高温焙烧对膨润土活性的影响。 1.6 研究成果 基于当前国内、国外的膨润土改性后的吸附效果，按照钙基质膨润土钠化改 性的基本原理和方法，研究出最佳的钠化条件，最终使该方法在经济、技术方面 达到理想的要求。改性后的膨润土在污水处理中的吸附能力达到企业要求。本设 计中改性膨润土对甲基蓝的吸收和膨润土的膨胀指数和膨胀容达到工业标准。通 过对钠化后膨润土的吸蓝量测定和膨胀指数来确定了最佳钠化条件和钠化工艺。 本科毕业设计（论文） 12 第2章 实验部分 2.1 实验原理 膨润土的主要成份是蒙脱石，其具有晶格置换和电负性的特点，在钠化过程 中为达到电荷平衡，所以当天然膨润土层间吸附着 Ca2+、Mg2+等阳离子遇到 Na+ 时便可发生以下反应： 2222 22CaMgNaNaCaMg 膨润土一膨润土 （1-1） 该反应是一个可逆，当 Ca2+的交换场大于 Na+时反应平衡向左。为了使反应 平衡向有利方向（右）进行，可提高 Na+的浓度或降低 Ca2+的浓度，另外偏碱性 的条件(溶液中负电荷增加)也有利于反应向右进行。当Na+：Ca2+=2：1 时32， 平衡左移，此时膨润土所显示膨润土性质为钙基膨润土的性质；但当Na+： Ca2+2：l 时，平衡右移，所以钙基膨润土中 Ca2+被溶液中的 Na+所置换出来而 生成钠基膨润土，因此钠化过程中钠化反应是否能够进行完全，关键是在于膨润 土的钠化方法和钠化条件33。 2.2 实验方法 本实验主要采用半干法中的挤压法对膨润土进行钠化改性研究，挤压法是在 加入改性剂时，同时施加一定的压力从而使蒙脱石粘粒分开从而将 Na+强制引入 蒙脱石层间更有利于离子交换。在挤压作用下，由于晶层之间粘粒之间产生相对 运动而发生分离，从而增加了 Na+离子的接触面积，有利于离子置换的进行，使 钠化效果更好；此外挤压使蒙脱石晶体产生断键，有利于蒙脱石的水化，改善蒙 脱石水化性能。 2.3 实验材料与主要试剂 本实验主要采用辽宁省建平县的钙基膨润土，实验中所用的其他主要试剂如 表 2-1。 表 2-1 实验中的主要试剂 试剂 化学式 纯度 生产厂家 亚甲基蓝 CHClNS 分析纯 天津博迪化学股份有 限公司 本科毕业设计（论文） 13 （续上表） 试剂 化学式 纯度 生产厂家 碳酸钠 Na2CO3 分析纯 天津博迪化学股份有 限公司 碳酸氢钠 NaHCO3 分析纯 氯化钠 NaCl 分析纯 氢氧化钠 NaOH 分析纯 焦磷酸钠 Na4P2O7 10H2O 分析纯 盐酸 HCl 分析纯 锦州光华实业 2.4 实验主要仪器及设备 实验中用到的设备如表 2-2 所示 表 2-2 实验中所用的主要仪器设备 仪器 型号 仪器生产厂家 分光光度计 722N 上海仪器分析有限公司 电热恒温鼓风干燥箱 SKFG-01 扬州三发电子有限公司 恒温水浴锅 THZ-82 深圳市华创电子有限公司 万分之一电子天平 JJ224BC 双杰电子分析天平有限公司 PH 测定仪 HI98182 北京中西化玻仪器有限公司 2.5 实验测量方法 2.5.1 膨胀指数的测定 （1） 实验步骤 准确称取已在 105烘干 2h 的膨润土样品 2g0.01g， 将该样品分别分多次 加入已有 90mL 蒸馏水的 100mL 刻度量筒中。 每次加入量小于 0.1g， 其每次加 入量越少越好， 将土样缓慢加入， 尽量做到每次加入的土样沉入水中之时无块状， 等上一次加入的膨润土全部沉至量筒底部以后再次添加，每次相邻两次加入的时 间间隔应大于 10min，直至膨润土试样全部加入到量筒中。 膨润土试样全部添加完毕后，用蒸馏水冲洗粘附在量筒内侧的膨润土粉粒使 其全部落入水中，最后向量筒内加入蒸馏水直到加到水位 100mL 的标线处，用 本科毕业设计（论文） 14 玻璃塞盖紧，静置 24h 后，读出沉淀物界面的量筒刻度值并记录（沉淀物不包括 低密度的胶溶或絮凝状物质） ，读数精确至 0.5mL。 （2） 允许差 对同一试样的两次平行测量， 平均值大于 10mL 时， 其绝对误差应小于 2mL， 平均值小于或等于 10 mL 时，其绝对误差应小于 1mL。 2.5.2 用分光光度计测定膨润土吸蓝量 （1） 亚甲基蓝标准液的配制 将亚甲基蓝在 933oC 下烘 4 h， 冷却至室温后称取 2.000g， 加水使其完全溶 解，并移入到 1L 棕色容量瓶中，加水稀释至刻度线，摇匀放置 24h 后待用。 （2） 确定最佳吸收波长 取 5 mI 亚甲基蓝标准溶液，稀释定容至 1000 mI。(此时的亚甲基蓝浓度为 10mg/L)， 在不同波长下， 用分光光度计测定吸光值得曲线如图 1 所示。 实验表明， 在 668 nm 处有最大吸收峰。 450500550600650700750800850900 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 吸光度 吸收波长（nm） 图 2-1 吸附曲线 （3） 标准工作曲线的绘制 将浓度为 10 mg/L 的亚甲基蓝溶液各取 10、20、30、40、50、60mL，均定 容至 100 mL，测其吸光度。由实验得出标准工作曲线如图 2-2 所示。该曲线(视 为直线)的方程为： 本科毕业设计（论文） 15 8.98417.2937cA (2-1) 式中：A为吸光度； C为亚甲基蓝浓度，mg/L。 123456 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 吸光度 标准液浓度（mg/L） 图 2-2 标准工作曲线 2.5.3 膨润土的膨胀容测定 （1）测定原理 将钠化后的膨润土置于盛有一定浓度盐酸的量筒中混匀， 然后放置沉降 24h， 膨润土形成的沉降物体积为膨胀容37。 （2）试剂和仪器 盐酸 c(HCl)1molL：取 83ml 盐酸(1.18gmL)，用水稀释至 1000mL。 带塞量筒：100mL，其起始读数值 5mL，最小分度值 1mL，直径约 25mm。 （3）测试步骤 a. 称取钠化后的膨润土 1g 置于已加入 50mL 水的带塞量筒中，塞紧量筒塞， 手握量筒上下方向摇动至均匀为止。 b. 打开量筒塞，加 1mol/L 的盐酸 25mL，加水至 100mL 刻度，塞紧量筒塞， 上下摇动到所有土样全部分散。 c. 将带塞量筒放置在不受震动的台面上静置 24h，读取沉降物沉降界面的刻 度值(精确至0.5mL) 本科毕业设计（论文） 16 （4）结果计算 膨胀容的计算公式为： S V V m （2-2） 式中：VS膨胀容的数值（mLg） ； V沉降物的沉降体积（mL） ； m膨润土质量的数值（g） ； （5）允许误差 膨胀容计算至一位小数。膨胀容大于和等于 10mL/g 时，允许相对误差不超 过 20；小于 10mL/g，允许绝对误差不超过 2mL。 2.5.4 溶液的配制 （1）亚甲基蓝标准滴定液的配制 将亚甲基蓝在 933下烘 4 h，冷却至室温后称取 2.000g，加水使其完全溶 解(可微热)，移入 1L 棕色容量瓶中，稀释至刻度线，摇匀静置 24h 待用。 （2）盐酸的配制 盐酸 c(HCl)1molL：取 83mL 盐酸(1.18gmL)，倒入 1000mL 的容量 瓶中，然后加水稀释至刻度线，放置在阴凉处待用。 2.5.5 静态吸附实验 取不同钠化条件下的膨润土 0.2000g 分别放入已编号钠化条件的 100mL的锥 形瓶中，加入 10mL 的蒸馏水摇匀，加入亚甲基蓝溶液，摇匀静止一段时间，测 定其吸光度，从而计算各钠化条件下改性后的膨润土对亚甲基蓝的吸附量。 2.6 膨润土对亚甲基蓝吸附量的计算 实验中膨润土作为吸附剂吸附亚甲基蓝量由下式计算得出2 1 MM r M 土 （2-3） 式中：r膨润土的吸蓝量（g/100g） ； M1总加入蓝量（mg/L） ； M吸附后剩余溶液中亚甲基蓝的量（mg/L） ； M土膨润土的重量（g） ； 2.7 钠化膨润土的制备步骤 （1）称取膨润土 10g， 首先先加入一定量的水然后放入恒温水浴锅进行预热 本科毕业设计（论文） 17 10min 后加入 NaHCO3改性药剂混合进行挤压 5min，然后放置陈化 1 天，最后烘 干研磨至 200 目以下，称取 0.2000g 该膨润土于 100mL 的锥形瓶中，滴加亚甲基 蓝滴定液，并记录数据，等沉淀以后取上清液进行吸光度的测量。 （2）以温度作为单一变量，其温度设置为（50、60、70、80、90、95oC）重 复上述实验，并记录数据。 （3）在上述条件下改变钠化工艺，变为先把膨润土和改性药剂 NaHCO3混 合然后加适量是水进行预热 10min，挤压 5min，然后放置 1 天，最后烘干研磨至 200 目，称