不同产地凹凸棒粘土理化性质及其对复合保水剂性能影响研究

1、第17卷第3期2008年3月中国矿业CHINA MINING MAG AZINEVol.17,No.3March 2008矿业纵横不同产地凹凸棒粘土理化性质及其对复合保水剂性能影响研究陈浩1,2,王爱勤1(1.中国科学院兰州化学物理研究所,甘肃兰州730000;2.中国科学院研究生院,北京100049摘要:本文比较了甘肃、江苏和安徽所产凹凸棒粘土的理化性质,并进行了有机2无机复合保水剂的制备。甘肃凹凸棒粘土的品位相对较低,但制备的复合保水剂在蒸馏水中的吸水率可达1355g/g ,介于江苏和安徽凹凸棒粘土制得的保水剂之间,而在生理盐水中的吸水率是三者最高的。该结果说明,凹凸棒含量的高低对复合保水

2、剂的性能无直接影响,这为低品位凹凸棒粘土的开发利用开拓了新途径。关键词:凹凸棒粘土;复合保水剂;吸水性能中图分类号:O63/P579文献标识码:A 文章编号:1004-4051(200803-0073-03Study on physicochemical properties and w ater absorbencies of superabsorbentcomposites of palygorskite clays from different placesCH EN Hao 1,2,WAN G Ai 2qin 1(1.Lanzhou Institute of Chemical Phys

3、ics ,Chinese Academy of Sciences ,Lanzhou730000,China ;2.Graduate School of the Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China Abstract :The mineralogy and chemical constitute of palygorskite clays f rom G ansu ,Jiangsu and Anhuiprovince were investigated with XRF ,XRD ,FTIR etc ,and polyacrylami

4、de/palygorskite superabsorbent composites were prepared.Although Gansu palygorskite clay has the lowest palygorskite content in three clays ,the results indicate that water absorbencies of the superabsorbent composite that was 1355g/g in dis 2tilled water was in between two other superabsorbents ,an

5、d 89g/g in 0.9%NaCl solution which was high 2est in three superabsorbents.It shows that palygorskite content in clay can not effect directly on properties of the superabsorbent composite.This result implies that a low content palygorskite clay is usef ul in some areas such as the preparation for sup

6、erabsorbent composite.K ey w ords :palygorskite clay ;superabsorbent composite ;water absorbency收稿日期:2008-01-16基金项目:科技部“863”专项(2006AA03Z0454资助作者简介:陈浩(1980-,男,陕西宝鸡人,博士生,主要从事功能化学材料和环境材料的研究工作。保水剂是一种具有很强吸水及保水能力的新型功能高分子材料,在节水农业和生态恢复等领域得到了应用。但单纯用有机单体聚合制备的保水剂,因成本高和不耐盐碱等,使其大面积推广应用受到了限制。为此,近年来有机2无机复合制备方法成为研究

7、的热点。我们曾合成了系列凹凸棒粘土复合保水剂,并在山东胜利油田实现了产业化。为了比较不同产地凹凸棒粘土矿在复合保水的差别,本文采用有机2无机复合方法,比较了甘肃、江苏和安徽地区的不同凹凸棒粘土的理化性质,制备了复合保水剂,测试了在纯水和盐水中的吸水情况。1实验111原料与试剂凹凸棒粘土分别采自甘肃省临泽县、江苏省盱眙县和安徽省明光市天然矿区,105烘干,粉碎,过320目。丙烯酰胺(分析纯,天津福晨化学试剂厂;N ,N 2亚甲基双丙烯酰胺(化学纯,中国医药(集团上海化学试剂公司;过硫酸铵(分析纯,天津化学试剂一厂,实验中所用其它试剂皆为分析纯。112仪器与设备中国矿业第17卷化学成分分析用帕纳科

8、(PANalytical公司产的Magix PW2403X射线荧光光谱仪。粉晶X 射线衍射数据用帕纳科(PANalytical公司产的Xpert PRO多晶X射线衍射仪测定。测试条件为:连续记谱扫描,Cu K辐射,狭缝宽度015°,扫描速度4°/min,电压40kV,电流强度30mA。红外光谱仪:Thermo Nicolet,N EXU S,TM,采用溴化钾压片制备样品。理化性质测试参照文献6的方法。113复合保水剂的制备将7110g丙烯酰胺加入到装有磁力搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的四口瓶中,然后加入20ml蒸馏水溶解。完全溶解后,加入一定量凹凸棒粘土、N,N2亚甲基

9、双丙烯酰胺和过硫酸铵,升温至40反应3h。然后加入NaO H溶液,升温至95皂化1h。反应结束后,产物用甲醇/水溶液洗涤,在70下烘干至恒重,粉碎,过4080目筛,即得聚丙烯酰胺/凹凸棒土复合保水剂。保水剂吸水率的测定参照文献4。2结果与讨论211不同产地凹凸棒粘土的理化性质三种不同产地凹凸棒粘土的理化性质测试结果见表1。由表1可见,安徽明光凹凸棒粘土的p H 值较另两种产地粘土低,三种产地凹凸棒粘土的比表面积、CEC值、吸水率和吸盐水率等性能差别较大。与甘肃临泽凹凸棒粘土相比,江苏盱眙和安徽明光的粘土具有高的比表面积、吸水率和吸盐水率,其中安徽明光凹凸棒粘土除p H值外,其余四项理化性能指标

10、均最高。这说明产地不同其理化性质有较大差别。表1不同产地凹凸棒粘土的的理化性质p H比表面积(m2/gCEC(mmol/100g吸水率(%吸盐水率(%甘肃临泽817213415201127210974159江苏盱眙816522616371721261412616安徽明光811227715501871571815917212不同产地凹凸棒粘土的化学成分及矿物组成不同产地凹凸棒粘土化学成分含量见表2。与江苏盱眙和安徽明光的凹凸棒粘土相比,甘肃临泽凹凸棒粘土富铝,钙、钾和钠的含量相对较高。CaO含量高,表明粘土中含有一定量的碳酸盐; SO3的出现,表明样品中含有少量硫酸盐。表2不同产地凹凸棒粘土的化

11、学成分(%产地SiO2Al2O3Fe2O3MgO CaO TiO2MnO K2O Na2O SO3P2O5甘肃临泽5710616159611181634155017101083151113501420122江苏盱眙66143101255151131521182015301321112011101020126安徽明光6418912195811991111148112601161133010701020143图1给出了不同产地凹凸棒粘土的XRD图谱。由图谱分析,甘肃临泽凹凸棒粘土中伴生有少量的高岭石、蒙脱石和伊利石;非粘土类矿物主要由碳酸盐矿物-白云石、方解石组成;碎屑矿物为石英和长石,其中石英含

12、量较高。江苏、安徽两地样品中均伴生有少量的蒙脱石、石英及白云石矿物,其中安徽明光样品中白云石含量很低,表明两地粘土的凹凸棒含量均明显高于临泽样品,其纯度较高。213不同产地凹凸棒粘土红外分析图2是三种产地凹凸棒粘土的红外光谱图。高频区(3700-3200cm-1为2O H伸缩振动带 ,图1不同产地凹凸棒粘土的XRD图47第3期陈浩等:不同产地凹凸棒粘土理化性质及其对复合保水剂性能影响研究 图2不同产地凹凸棒粘土的红外光谱图 三种凹凸棒粘土在此区间均出现四个峰,且峰值基本相同,仅是峰形略有差异。江苏盱眙和安徽明光凹凸棒粘土在1650cm -1处的吸收峰较强,此峰归属为矿物结晶水的弯曲振动峰,表明

13、两种样品的矿物结晶水含量大于甘肃临泽样品。甘肃临泽和安徽明光凹凸棒粘土1030cm -1吸收峰强度大于910cm -1,而盱眙样品恰好相反。此外,三种凹凸棒粘土的红外谱图中,均出现了2922和2850cm -1两个小峰,为C 2H 伸缩振动特征峰,说明三种样品中都含有少量的有机质,江苏盱眙凹凸棒粘土在此区域峰强大于其它两地样品的峰强,表明其有机质含量相对较高;甘肃临泽和江苏盱眙样品在1440cm -1处峰的出现,可以佐证凹凸棒粘土中含有碳酸盐杂质,其中甘肃临泽凹凸棒粘土吸收峰较强,进一步说明碳酸盐的含量较高,这与化学成分分析相一致。214复合保水剂的吸水性能表3是三种产地凹凸棒粘土有机2无机复

14、合制备的保水剂,在蒸馏水和0.9%NaCl 溶液中的吸水率情况。由表3数据可见,甘肃临泽样品在蒸馏水中的吸水率比江苏盱眙的高,而在生理盐水中是三种粘土中最高的。该结果说明,并非粘土中凹凸棒石的含量越高,其制备的复合保水剂的吸水性能表3复合保水剂在蒸馏水和019%NaCl 溶液中的吸水率蒸馏水中吸水率(g/g 019%NaCl 溶液中吸水率(g/g 甘肃临泽135589江苏盱眙107460安徽明光147581越好。凹凸棒粘土的有机2无机复合机理,是凹凸棒表面的Si 2O H 与丙烯酰胺发生了接枝共聚反应6。由复合保水剂的吸水性能可知,粘土的表面积和纯度等并不是直接影响复合保水剂吸水性能的决定因素

15、。甘肃临泽凹凸棒粘土制备的保水剂在0.9%NaCl 溶液中的吸水率最高,可能与凹凸棒粘土中所含矿物的协同作用有关。这表明,较低品位的凹凸棒粘土不经提纯,就可以制备耐盐性能优良的吸水树脂。保水剂在农林业中有广泛的应用,将不经提纯的凹凸棒粘土用于复合保水剂的制备,不仅降低了生产成本,而且为较低品位凹凸棒粘土的利用开辟了新途径。3结论(1三种不同产地的凹凸棒粘土中,江苏盱眙和安徽明光的凹凸棒含量较高,而甘肃临泽凹凸棒粘土矿物组成较为复杂,凹凸棒含量相对较低,且理化性质与前两者有较大差异。(2用三种不同产地的凹凸棒粘土制备的复合保水剂中,甘肃临泽样品在蒸馏水中的吸水率介于江苏和安徽样品之间,而在盐水中

16、的吸水率是三者最高的,该结果可能与凹凸棒粘土中所含不同矿物的协同作用有关。(3较低品位的凹凸棒粘土不经提纯就可以制备复合吸水树脂,为低品位凹凸棒粘土的开发应用开辟了新途径。参考文献1杜太生,康绍忠,魏华.保水剂在节水农业中的应用研究现状与展望J .农业现代化研究,2000,21(5:317-320.2詹庚申,郑茂松,高振如,等.凹凸棒石粘土开发利用现状、思考与前瞻以江苏盱胎凹凸棒石粘土开发为例J .江苏地质,2003,27(1:41-47.3李明凯,李艳兵,杨柯敏,等.临泽板桥坡缕石粘土矿的发现J .中国非金属矿导刊,1998,6(6:32-34.4Li An ,Wang A Q ,Chen J M.St udies on poly (acrylicacid /attapulgite superabsorbent composite.Synt hesis and characterization J .