改性蒙脱土的研究进展_赵保林

收稿日期:2005-09-02基金项目:国家自然科学基金资助项目(20371035);天津市自然科学基金资助项目(043612111);云南省省院省校合作基金资助项目(2004YX03)。作者简介:赵保林(1979-),男,湖北鄂州人,硕士研究生。联系人:那平,电话:(022)27401288,Email:naping@tju.edu.cn文章编号:1004-9533(2006)05-0453-05改性蒙脱土的研究进展赵保林,那平,刘剑锋(天津大学化工学院,天津300072)摘要:改性蒙脱土是近年来受国内外学者广泛关注的矿物材料之一,由于其层间的特殊结构而被广泛应用于吸附、催化等领域。概括介绍了蒙脱土的结构和基本性质,重点讨论了蒙脱土改性方法和机理。对无机改性、有机改性和有机-无机复合改性分别作了论述,并展望了其应用前景。关键词:蒙脱土;层间域;改性中图分类号:TQ424.21文献标识码:AProgressinModificationofMontmorillonitesZHAOBao-lin,NAPing,LIUJian-feng(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Modifiedmontmorilloniteshavebeenprovedtobeoneofthemostinterestingmineralmaterialsusedinadsorption,catalysisandcatalyticsupports,photocatalysisandsoon.Thepillaredmontmorilloniteinterlayerisaspecialsiteinchemicalreaction.Thestructureandelementarypropertyofmontmorillonitewereintroducedinthispaper,andthemodifyingmethodsandmechanismwereemphaticallydiscussed.Advanceinmodificationofmontmorillonites,includinginorganicmodification,organicmodificationandinorgano-organo-modificationwassummarized.Andtheexistingproblemsandapplyingprospectofmodifiedmontmorilloniteswereproposed.Keywords:montmorillonites;interlayer;modification蒙脱土是一种细粒粘土矿物,特殊的晶体结构赋予了蒙脱土许多特性,例如:膨胀性、吸附性、离子交换性、分散性、悬浮性和粘结性等。天然的蒙脱土在实际应用中往往需要通过改性,以提高使用性能,扩大应用领域。利用改性蒙脱土的层间域这一特殊的化学反应场所,可应用于催化还原、吸附脱附和光催化等过程中[1]。目前,国内外广大学者的研究主要集中在研究蒙脱土的表面物化性质,以求改良其性能。本论文主要对蒙脱土的改性及其应用进行了论述。1蒙脱土的晶体结构天然蒙脱土是一种2∶1型层状含水铝硅酸盐的土状矿物,主要成分为氧化硅和氧化铝,其化学通式为(Al2-yMgy)Si4O10(OH)2·nH2O。其晶体为一个铝氧八面体层夹在两个硅氧四面体层之间的三层结构,其结构如图1所示。蒙脱土晶层之间以范德华力结合,键能较弱,易解离。因此水或其他极性分子很容易进入层间,使层键断裂,层间距增大,从而导致晶格定向膨胀,同时由于晶胞含有许多金属阳离2006年9月Sep.2006化学工业与工程CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERING第23卷第5期Vol.23No.5子和羟基亲水基,因此表现出强烈的亲水性。由于四面体中心的4价阳离子Si和八面体中心的3价阳离子Al易被低价的阳离子取代,使晶格中电价不平衡,造成基本结构单元层内负电荷过剩,由于这些负电荷大部分分布在层状硅酸盐的层面上,吸附的阳离子与晶层间常被水分子所隔,两者结合较松弛。阳离子脱附和吸附所需能量较低,因此这些被吸附的阳离子可以被交换[2]。蒙脱土按其层间可交换性阳离子的种类分为氢基蒙脱土、钙基蒙脱土、钠基蒙脱土和锂基蒙脱土等。★—氧;○—羟基;○—Si;—Al图1蒙脱土的晶体结构2蒙脱土的改性为了拓宽蒙脱土的性能和应用范围,需要将蒙脱土进行改性处理,不同改性剂制得的蒙脱土往往具有不同的性能,可以满足不同领域的需求。通常按照改性剂种类不同可分为蒙脱土的无机改性、有机改性以及无机-有机复合