凹凸棒土活化方法与吸湿性关系的研究

2008-06-25公茂利陈明功林秀玲

安徽理工大学学报·自然科学版 2008年1期

公茂利　陈明功　林秀玲

摘要：为提高凹凸棒土的吸湿性能，拓展其应用领域，以商品级凹凸棒土为原料，采用不同活化方法对凹凸棒土进行活化处理。研究结果表明：用酸活化处理凹凸棒土的吸湿性，超声搅拌与加热机械搅拌并不能有效改善凹凸棒土的吸湿性能；用马弗炉在300 ℃下热活化或微波加热活化5 min后凹凸棒土吸湿效果最好。热活化能有效改善凹凸棒土吸湿性能，该干燥剂制造工艺简单，价格低廉，具有开发利用价值。

关键词：凹凸棒土；吸湿率；酸活化；热活化

中图分类号：TQ314.248文献标识码：A文章编号：1672-1098(2008)01-0074-04

收稿日期：2007-09-03

作者简介：公茂利（1978-），男，黑龙江塔河人，讲师，在读硕士，研究方向为材料改性。

Research on Relationship between Activation Methods and

Moisture Absorption Ability of Attapulgite

GONG Mao-li1,CHEN Ming-gong2,LIN Xiu-ling1

(1. School of Material Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China; 2. School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001,China)

Abstract:In order to enhance moisture absorption ability of attapulgite and develop its application field, industrial attapulgite was activated by different activating methods. The results show that moisture absorption ability of attapulgite can not be effectively improved, when attapulgite is treated by acidic activation, ultrasonic agitation and calefaction agitation. Moisture absorption ability of attapulgite reached the best effect, when attapulgite is thermally activated by heating in muffle at 700 ℃ or by microwave radiating for 5 min. Thermal activation of attapulgite can effectively improve its moisture absorption ability. The manufacturing technology of desiccants is simple and cheap, which has good value in application.

Key words:attapulgite; moisture absorption;acidic activation;thermal activation

凹凸棒土（简称凹土）又称坡缕石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。凹土典型分子式为：Mg5Si8O20(HO)2(OH2)44H2O，其中Mg常被Al和Fe代替，故可写成：［MgAl Fe］5Si8O20(HO)2(OH2)44H2O，为2∶1型层链状结构，具有特殊的纤维状晶体型态。凹土因其特殊的纤维结构、优良的吸附和脱色性能，被广泛应用于化工、轻工、纺织、建材、环保及制药等领域［1-2］。

凹土内部存在多种孔道，比表面积很大，通常为125～210 m2/g，改性之后比表面积可达到300 m2/g以上［3］，从而具有较好的吸附性能，可用作气体的干燥剂［4］132，吸湿后经过加热能够再生反复使用，并且凹土作为干燥剂与硅胶相比价格低廉，仅是硅胶的1/5；由于多孔硅胶干燥剂在低分压下吸水慢，再生温度偏高时易失效，并带微酸性，所以研究高活性凹土干燥剂具有一定的意义［5-6］。

采用热活化、酸活化工艺，并结合机械搅拌、超声搅拌、马弗炉与微波加热方法对凹土进行活化处理，增大其吸附量，研究凹土的表面活化与吸湿性能的关系，为进一步研制新型环保干燥剂提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验药品及仪器

药品：凹土（安徽明光，300目）；浓盐酸；浓硫酸。

实验仪器：三颈瓶；电动搅拌器；加热器；干燥箱；称量瓶；磁盅；真空过滤器；马弗炉；KQ-50B超声波清洗器；微波炉；电子天平；恒湿器。

1.2 实验方法

1.2.1 酸活化将1～7 mol/L盐酸（或硫酸）分别与凹土按液固比20∶1混合，每种酸浓度样品做两组，一组用超声搅拌处理1 h；另一组在80 ℃条件下加热机械搅拌处理1 h，两组样品均离心沉淀、过滤洗涤、干燥，粉碎至300目左右过筛，并将各样品放入恒湿器中测定吸湿率。

1.2.2 热活化用电子天平称取8份2 g左右的凹土放入马弗炉中加热灼烧，分别放置在温度为200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃、800 ℃、900 ℃的环境条件下加热1 h，取出样品并在干燥器中冷却，然后将样品放入恒湿器中测定吸湿率。

1.2.3 吸湿率测定根据文献［7-8］的方法测定吸湿率，湿度分别选择50%，70%和90%。

将待测样品首先在105 ℃条件下干燥24 h，除去自由水分。然后称量经过烘干的称量瓶记为M1g，将待测样品分别放入称量瓶中，作标记并称重记为M2g，并将其分别放入以上的恒湿器中，为使干燥器密封，应在盖沿处涂上一层凡士林。将恒湿器在50 ℃的环境下放置24 h。取出试样称量记为M3g，根据式（1）计算吸湿率［4］132。

x=M3-M2M2-M1×100％（1）

2 实验结果与讨论

2.1 酸活化对凹土吸湿率的影响

2.1.1 凹土原土的吸湿率为比较不同活化方法处理的凹土与凹土原土的吸湿率，将凹土原土在105 ℃条件干燥24 h后，分别在湿度50%、70%、90%条件下测定凹土原土的吸湿率，其值分为为2.1%、6.3%、10.1%。

2.1.2 盐酸活化对凹土吸湿率的影响凹土在不同浓度盐酸中经超声搅拌活化和机械加热搅拌活化两种方式处理后的吸湿率（见图1～图2）。

獵/(mol•L-1)

图1 凹土在不同浓度盐酸中加热搅拌活化后的吸湿率

獵/(mol•L-1)

图2 凹土在不同浓度盐酸中超声搅拌活化后的吸湿率

由图1～图2可知，凹土在不同浓度盐酸中经加热机械搅拌和超声搅拌活化后，当湿度分别为50%、70%和90%时其吸湿率变化趋势相似，均随盐酸浓度的增加先增大后减小。用加热机械搅拌方法活化的凹土，在盐酸浓度为4 mol/L时，凹土的吸湿率值达到最大，分别为3.7%、16.5%和17.4%，与原土相比吸湿率分别增大了1.6%、9.2%和7.3%。由图2可知，用超声搅拌方法活化的凹土，在盐酸浓度为5 mol/L时，凹土的吸湿率值达到最大，分别为6.4%、12.1%和17.2%，与原土相比吸湿率分别增大了4.3%、5.8%和7.1%。

2.1.3 硫酸活化对凹土吸湿率的影响凹土在不同浓度硫酸中机械加热搅拌活化和经超声搅拌活化两种方式处理后的吸湿率（见图3～图4）。獵/(mol•L-1)

图3 凹土在不同浓度硫酸中机械加热搅拌活化后的吸湿率獵/(mol•L-1)

图4 凹土在不同浓度硫酸中超声搅拌活化后的吸湿率

由图3～图4可知，凹土在不同浓度硫酸中经机械加热搅拌和超声搅拌活化后，在湿度分别为50%、70%和90%时其吸湿率变化趋势也相似，均随硫酸浓度增大而减小。用两种方法活化的凹土，都在硫酸浓度为1.5 mol/L时，吸湿率值达到最大。加热机械搅拌活化的凹土吸湿率最大值分别为6.4%、10.9%和17.8%，与凹土原土相比吸湿率分别增大4.3%、4.6%和7.7%。用超声搅拌活化的凹土吸湿率最大值分别为5.8%、9.9%和18.7%，与凹土原土相比吸湿率分别增大3.7%、3.3%和8.6%。

比较上述4种情况发现盐酸、硫酸经加热搅拌和超声搅拌活化对凹土的吸湿率的影响并不明显，但在一定程度提高了凹土的吸湿率。因为适当浓度的盐酸和硫酸中的H+对晶体中阳离子的置换，使大半径阳离子的析出造成微空隙增多、比表面增大，导致物理吸附性能增强［8］；但酸活化只能在一定程度去除凹土孔道内的吸附水和沸石水，因此酸活化凹土的吸湿率变化并不明显。若酸浓度较大，凹土中八面体阳离子近于完全溶解时，四面体失去支撑，结构塌陷，内孔道消失，比表面积反而会再度下降［9］。

2.2 凹土热活化对吸湿率的影响

凹土经马弗炉加热和微波加热两种方式活化后的吸湿率（见图5～图6）。

玹/℃

图5 凹土经马弗炉加热活化后的吸湿率玹/min

图6 凹土经微波加热活化后的吸湿率

由图5可以看出，用马弗炉在不同温度下活化的凹土在不同湿度的条件下，随湿度的增大吸湿率的变化趋势大致相同，均在300 ℃达到最大值，分别为28.9%、29.6%和59.3%，与凹土原土相比均有很大改善。当温度大于600 ℃时凹土的吸湿率趋于定值。

由图6可以看出，用微波在不同时间活化的凹土在不同湿度条件下，随活化时间增大吸湿率的变化趋势均减小，在活化时间为5 min时达到最大值，吸湿率分别为30.9%、38.4%和56.2%，与凹土原土相比也有很大改善。当活化时间大于10 min时趋于平衡。

比较图5～图6可知，马弗炉300 ℃活化或微波加热5 min活化均使凹土获得较大的吸湿率，用马弗炉高温活化或用微波长时间加热均不利于改善凹土的吸湿率，因为高温和微波长时间加热会破坏凹土的结构，使内部孔道塌陷，降低凹土的比表面积，从而使其吸湿率降低［10］。

从以上实验结果比较可知：热活化对凹土吸湿性能的提高明显好于酸活化，热活化最大吸湿率比酸活化最大吸湿率增大40.6%。因此适当的热活化保持了凹土结晶结构形态和基本特征，并增加了孔道数目，扩大孔道截面和孔容，改善表面性能，达到了提高其吸附能力的目

的。

3 结论

用4 mol/L盐酸或1.5 mol/L硫酸酸活化处理凹土，可一定程度改善凹土的吸湿性能；凹土在300 ℃左右马弗炉条件下或微波加热5 min条件下活化处理，可在很大程度上改善凹土的吸湿性能。因此凹土经酸活化和热活化处理均能提高其吸湿率，但热活化效果明显好于酸活化。因此以凹土为原料，通过热活化处理后可进一步拓宽其应用领域，用其代替变色硅胶，不仅生产工艺简单、成本低，而且减少了再生过程酸性废气的产生，是一种新型绿色环保干燥剂。

参考文献：

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-2005 硅胶试验方法［S］//中华人民共和国国家发展和改革委员会.硅胶(2005).北京：化学工业出版社，2005：33-45.

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［10］王红艳,张莉莉,张艳，等.酸处理对凹凸棒石粘土表面及其吸附Hg(II)的影响［J］.应用化工,2005,34(2):94-96.