锂皂石在不同盐溶液中溶胀性能的研究

赵 恒，赵 鹏，范四海，吴丽惠，何云凡

（1.湖北文理学院化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053；2.襄阳市墙体材料革新与建筑节能办公室，湖北 襄阳 441000）

【试验研究】

锂皂石在不同盐溶液中溶胀性能的研究

赵 恒1，赵 鹏2，范四海1，吴丽惠1，何云凡1

（1.湖北文理学院化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053；2.襄阳市墙体材料革新与建筑节能办公室，湖北 襄阳 441000）

在中性、酸性、碱性的盐溶液以及部分重金属盐溶液中，分别测定锂皂石的膨胀容，分析了不同的盐溶液对锂皂石膨胀性能的影响。结果表明：酸性盐溶液对锂皂石的溶胀性能是不利的，中性和碱性盐溶液中锂皂石的溶胀性能较好。此外，锂皂石在重金属盐溶液中，一定程度上对重金属离子具有吸附作用。

锂皂石；盐溶液；溶胀性能；吸附

锂皂石(hectorite)是属于蒙脱石族粘土的一种天然矿物[1]，由上下两层硅氧四面体中间夹着一层镁氧八面体组合而成；八面体中的部分镁离子被一价锂离子置换，部分氢氧根离子被氟离子所置换，形成了强缺电子和强电负性结构[2]。锂皂石的特殊晶体结构使得其凝胶具有良好的触变、增稠、化学稳定、配伍、吸附、卫生安全等性质，在化妆品、日用化工、吸附剂、催化剂以及纳米材料等行业中得到了广泛的应用[3-6]。

目前，锂皂石的制备方法已日趋成熟，可以通过天然锂皂石提纯、水热合成法、微波辅助水热法、固相熔融合成法、天然蒙脱石理化改性法制得[7-10]。相较锂皂石的合成，锂皂石应用时的体系往往比较复杂，而目前对于锂皂石在不同盐溶液体系中的溶胀性能的研究并不多。为了进一步利用锂皂石的特性，取得更加优质的应用，本试验通过水热合成法合成了锂皂石，在中性、酸性、碱性的盐溶液以及部分重金属盐溶液中，分别测定锂皂石的膨胀容，分析了不同的盐溶液对锂皂石溶胀性能的影响。

1 主要设备与试剂

仪器及器具主要有：X-射线衍射仪、电子天平、磁力搅拌器、晶化釜、烘箱、研钵、200目标准筛、100mL具塞量筒、称量瓶、药匙、标签纸、烧杯、玻璃棒等。

药品：氟化锂(LiF)，氢氧化镁(Mg(OH)2)，二氧化硅(SiO2)，去离子水(H2O)，氯化钠(NaCl)，硝酸钠(NaNO3)，氯化钙(CaCl2)，硫酸镁(MgSO4)，碳酸钾(K2CO3)，碳酸钠(Na2CO3)，硫酸铜(CuSO4)，硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)，硝酸钠(Ni(NO3)2·6H2O)，醋酸锰(Mn(CH3COO)2·4H2O)。

2 试验步骤

2.1 锂皂石的合成

(1) 准确称量31.00g去离子水加入到50mL烧杯中，再准确称量0.27g LiF加入到上述烧杯中，搅拌10min，得到浆液A。

(2) 准确称量2.33g Mg(OH)2，加入到浆液A中，搅拌1h，得到浆液B。

(3) 准确称量3.60g SiO2，在1.5h内缓慢搅拌加入浆液B中，得到浆液C。

(4) 将浆液C转移到内衬有聚四氟乙烯的晶化釜中，然后在180℃下晶化6h。

(5) 待晶化釜冷却，从中取出反应产物，干燥后即可得到锂皂石。

2.2 锂皂石在不同盐溶液中溶胀性能的研究

(1) 分别配制摩尔浓度为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9mol/L的氯化钠、硝酸钠、氯化钙、硫酸镁、碳酸钾、碳酸钠溶液，并配制摩尔浓度为0.3mol/L的硫酸铜、硝酸锌、硝酸镍、醋酸锰溶液。

(2) 将制备好的锂皂石样品在研钵中研磨后，样品用200目标准筛筛取，然后将筛取的样品放在称量瓶中。

(3) 将盛有样品的称量瓶去盖，置于温度控制在105～110℃的烘箱中约3～4h，将样品烘干至恒重，然后取出并冷却至室温。

(4) 分别用天平称取锂皂石样品，置于预先贴好标签的称量瓶中，将各锂皂石样品分多次放入已加入90mL不同浓度各溶液的量筒内，直至0.6g锂皂石完全加入量筒中，然后分别用相应浓度的溶液定容至100mL。

(5) 静置24h，读取沉淀物界面刻度值，以mL/0.6g计，精确至0.5mL。

3 结果与讨论

3.1 锂皂石样品表征结果

图1 合成锂皂石样品XRD图谱

由图1中分析可知，在2θ为5.52°、19.42°、 28.76°、34.99°、53.49°、61.03°、72.58°处出现的衍射峰， 分别对应锂皂石的001、(100，020)、004、(130，200)、(150，240，310)、060、222晶面产生的特征衍射，而且在图中未发现氟化锂和氢氧化镁的特征峰，表明在选取的试验条件下，原料充分反应，合成出了纯度高的锂皂石。

3.2 锂皂石在中性的盐溶液中的溶胀性能

锂皂石在不同浓度中性盐溶液中的膨胀容见表1。

表1 不同浓度中性盐溶液中锂皂石的膨胀容

从表1中可看出：锂皂石在一定浓度的中性盐溶液中的溶胀性能较好，每0.6g锂皂石基本上能达到100mL满刻度值。随着盐溶液浓度的增加，锂皂石的膨胀容有所下降，这说明盐溶液浓度升高，对锂皂石的溶胀性能是不利的。

3.3 锂皂石在酸性的盐溶液中的溶胀性能

锂皂石在不同浓度酸性盐溶液中的膨胀容见表2。

表2 不同浓度酸性盐溶液中锂皂石的膨胀容

对比表1，从表2中可看出：锂皂石在一定浓度的酸性盐溶液中的溶胀性能较中性盐溶液中的溶胀性能差，并且随着盐溶液浓度增加，锂皂石的溶胀性能严重下降。这说明酸性溶液对锂皂石的溶胀性能影响较大，酸性越强，锂皂石的膨胀容越低。这可能是由于酸性溶液中，游离氢离子较多，影响了锂皂石空间“卡片房子”结构的形成[11]。

3.4 锂皂石在碱性的盐溶液中的溶胀性能

锂皂石在不同浓度碱性盐溶液中的膨胀容见表3。

从表3中可看出：锂皂石在一定浓度的碱性盐溶液中的溶胀性能与中性盐溶液中的溶胀性能比较接近，但是随着盐溶液浓度增加，锂皂石的溶胀性能也有所下降。这也说明了盐溶液的浓度对锂皂石的溶胀性能有一定的影响，盐溶液的浓度越大，锂皂石的溶胀性能越差。

表3 不同浓度碱性盐溶液中锂皂石的膨胀容

3.5 锂皂石在重金属盐溶液中的溶胀性能

锂皂石在不同浓度重金属盐溶液中的膨胀容见表4。

表4 不同浓度重金属盐溶液中锂皂石的膨胀容

参照表1、表2、表3中浓度为0.3mol/L的金属盐溶液，从表4中可以看出锂皂石在相同浓度下的重金属盐溶液的中溶胀性能较低。试验结束后，具塞量筒中土样部分有颜色，而上清液比较清澈，相较试验前溶液颜色浅了很多，这表明锂皂石对重金属离子具有一定的吸附作用。这也可能是锂皂石在重金属盐溶液中，溶胀性能降低的原因之一。

4 结论

相同浓度下，锂皂石在一定浓度的中性盐溶液中的溶胀性能较好，一定浓度的酸性盐溶液会降低锂皂石的溶胀性能，一定浓度的碱性盐溶液对锂皂石的溶胀性能影响不大。盐溶液的盐性对锂皂石的溶胀性能影响较大，盐浓度越高，锂皂石的溶胀性能越低。除此之外，一定浓度下，锂皂石对于重金属盐溶液的溶胀性能相较其他盐溶液低，这可能是由于锂皂石对重金属的吸附作用导致的。因此，在今后的锂皂石应用中，选择中性或者碱性条件，可以较好地利用锂皂石的溶胀性能。同时，要发挥锂皂石较好的溶胀性能，使用环境的盐度不宜太高。在含有重金属的盐溶液中应用，需同时考虑锂皂石的吸附性能。

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Study on Swelling Properties of Hectorite-like Solids in Different Salt Solution

ZHAO Heng1, ZHAO Peng2, FAN Si-hai1, WU Li-hui1, HE Yun-fan1
(1. School of Chemical Engineering and Food Science, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, China; 2. Xiangyang Office of Wall Materials Innovation and Building Energy-saving, Xiangyang 441000, China)

The influence of different salt solutions on swelling properties of hectorite was analyzed by testing swelling capacities in different concentrations of salt solution. The results suggested that acidic and salt solutions could significantly decrease swelling capacity of artificial hectorite. The swelling properties of hectorite was good in neutral solution and alkali solution. And the hectorite could adsorb heavy metal ions to a certain extent.

hectorite; salt solution; swelling properties; absorb

TQ127.2

A

1007-9386(2016)04-0013-03

2016-08-05