2种酸改性高岭土的制备及表征*

2020-09-10刘丽娜

化工科技 2020年4期

刘丽娜，王鼎

(1.榆林学院化学与化工学院，陕西榆林 719000； 2.榆林职业技术学院化工学院，陕西榆林 719000)

高岭土在中国的分布比较广泛，属于非金属矿产资源，是含水硅酸盐粘土和粘土岩，储量位于世界的前列，应用十分广泛，主要集中在建材、涂料、橡胶、陶瓷等领域[1]。高岭土通过改性后可得到更多的性能，其改性主要分为酸和碱的改性、高温煅烧的改性以及包覆和有机改性等[2]。将高岭土用不同浓度的酸进行改性后，可使高岭土的表面积增大，从而使高岭土结构中的Al和Si等元素的活性点位更多的被暴露出来，可作为活性组分的载体应用在吸附、光催化等领域里[3-5]。研究表明高岭土对于Pd等半挥发性重金属有良好的吸附性能[6-10]。高岭土经过高温煅烧后其白度可大大提高，在高级涂料的应用上很广泛[11]。张永利等对改性高岭土处理含铬废水进行了深入的研究，高岭土经过改性后具有很好的活性和性能，可为高岭土作为工业催化剂的研究提供基础数据[12-16]。

1 实验部分

1.1 原料、试剂与仪器

高岭土：内蒙古鄂尔多斯。

浓硫酸：纯度98%，北京北化精细化学品有限责任公司；浓盐酸：纯度36.5%，洛阳昊华化学试剂有限公司。

扫描电镜：SIGMA300，德国卡尔蔡司公司；红外光谱分析仪：TENSOR 27，布鲁克光谱仪器公司；数显智能控温磁力搅拌器：SZCL-2，巩义市予华仪器有限责任公司；电子天平、干燥箱：AF-1，上海博迅有限公司医疗设备厂；真空泵：SHB—Ⅲ，郑州长城科工贸有限公司。

1.2 样品制备

分别将w(硫酸)=10%、20%、30%、40%、50%的溶液定量加入两口烧瓶中，安装温度计测温，并加入定量的高岭土，在控温磁力搅拌器上预热至90 ℃后恒温搅拌2 h。将溶液进行抽滤分离，滤饼进行干燥并研磨至均匀细粉状，即得到样品为不同质量分数硫酸改性高岭土催化剂。同样的方法制得了不同质量分数(5%、10%、15%、20%、25%)的盐酸改性高岭土催化剂样品。

2 结果与讨论

2.1 IR分析

原土及不同质量分数硫酸改性高岭土的IR图见图1。

σ/cm-1a 高岭土原土

σ/cm-1b w(硫酸)=10%改性高岭土

σ/cm-1c w(硫酸)=30%改性高岭土

σ/cm-1d w(硫酸)=50%改性高岭土图1 原土及不同w(硫酸)改性高岭土IR谱图

由图1可知，3 450～3 700 cm-1为羟基的振动吸收峰；1 630～1 640 cm-1为吸附水分子的弯曲振动峰；1 000～1 100 cm-1为Si—O的伸缩振动吸收峰；910～920 cm-1为Al—O—H的弯曲振动峰；400～750 cm-1为Al—O的吸收振动峰。对比可发现随着w(硫酸)的增加，吸附水分子的弯曲振动峰和Si—O的伸缩振动峰均增强，而Al—O的吸收振动峰却减弱了，910～920 cm-1处Al—O—H的弯曲振动峰基本消失。说明w(硫酸)越高，高岭土中的Al2(SO4)3·10H2O会被浸出，从而使高岭土的内部结构发生一些变化。

原土及不同质量分数盐酸改性高岭土的IR图，见图2。

σ/cm-1a 高岭土原土

σ/cm-1b w(盐酸)=5%改性高岭土

σ/cm-1c w(盐酸)=15%改性高岭土

σ/cm-1d w(盐酸)=25%改性高岭土图2 原土及不同w(盐酸)改性高岭土IR谱图

由图2可知，随着w(盐酸)的增加，3 450～3 700 cm-1和1 630～1 640 cm-1处吸附水分子的弯曲振动峰的峰强较原土均有所增加，但不明显；1 000～1 100 cm-1处Si—O伸缩振动吸收峰也有所增强，这可能是盐酸改性高岭土时，使高岭土中的Al被溶出；910～920 cm-1处Al—O—H的弯曲振动峰也略有增强，这可能是由于盐酸在改性高岭土时并没有过多的将高岭土中的铝浸出，而依然残留在样品的表面上。通过对比，硫酸改性比盐酸改性更能将高岭土中的Al浸出。

2.2 SEM分析

样品高岭土的SEM图见图3。

由图3可知，高岭土是片状的假六边形结构，其形态是不规则的，有很多小颗粒状。当高岭土经过w(硫酸)=50%改性后还可看到六边形结构，表面也变得粗糙，并且有明显的堆积成块状态。当高岭土经过w(盐酸)=25%改性后发生了明显的凝结成片状态，孔道之间结合更加紧密。可见，高岭土经过不同酸改性后均可使颗粒之间发生明显的凝结，且盐酸改性比硫酸改性后凝结现象更明显。

a 高岭土原土

b w(硫酸)=50%改性高岭土

c w(盐酸)=25%改性高岭土图3 样品高岭土SEM图

2.3 EDS分析

样品高岭土的元素组成及原子分数，见表1。

表1 元素组成及原子分数

样品高岭土的EDS谱图，见图4。

E/keVa 高岭土原土

E/keVb w(硫酸)=50%改性高岭土

E/keVc w(盐酸)=25%改性高岭土图4 样品高岭土EDS图

由表1和图4可知，高岭土主要由C、O、Al、Si、Ti、K等元素组成，其中O含量最高；当高岭土用w(硫酸)=50%溶液改性后，其中的Al含量明显减少，说明硫酸改性浸出了高岭土中的Al；当高岭土用w(盐酸)=25%改性后，其中Al含量也有所减少，但减少的量没有硫酸改性减少的多。可见，硫酸改性高岭土更有利于高岭土中Al的浸出。