凈水處理劑-蒙脫石

蒙脫石有良好的吸附性、離子交換性和體積膨脹性，在水溶液中可通過吸附、離子交換、混凝等作用與污染物發(fā)生作用。低價(jià)陽離子容易置換蒙脫石八面體中的si、Al等高價(jià)離子使蒙脫石帶上永久性負(fù)電，導(dǎo)致蒙脫石晶格內(nèi)陽離子置換，這一構(gòu)造特性決定了蒙脫石的一系列重要性質(zhì)，如陽離子交換性、膨脹性、吸附性、分散性、流變性、可塑性、黏結(jié)性、膠體性、觸變性、耐火性、潤滑性等。

理化性能

蒙脫石每個(gè)單位晶胞是由兩層硅氧四面體片夾一層鋁（鎂）氧(氫氧）八面體片，每層厚約1nm,長度為100~1000nm。其單位晶胞由兩層硅氧四面體夾一層鋁氧（羥基）八面體構(gòu)成。四面體的頂端氧向內(nèi)與八面體共用。形成高度有序的晶格排列，構(gòu)成的2:1型含結(jié)晶水硅酸鹽礦物；單元結(jié)構(gòu)層厚度為9.6埃。蒙脫石中鋁氧八面體上部分三價(jià)鋁易被二價(jià)鎂同晶置換而使其層片表面具有負(fù)電荷，過剩的負(fù)電荷通過層片間吸附Na、Mg、Ca等陽離子來補(bǔ)償，它們很易與有機(jī)或無機(jī)陽離子進(jìn)行交換。選擇合適的插層劑，通過離子交換作用引入到蒙脫石層間。蒙脫石是膨潤土的主要礦物成分，運(yùn)用高技術(shù)，經(jīng)深加工能使其單元層分離，即為納米級(jí)蒙脫石，由于其具有一堆納米薄層結(jié)構(gòu)和易分散性，能吸附陽離子等特性。

原料來源

我國的天然蒙脫石礦多為鈣基蒙脫石，即層間吸附的金屬離子為鈣離子，分散于水中時(shí)，由于一個(gè)鈣離子帶有兩個(gè)正電荷，使進(jìn)入蒙脫石層間表面緊密層的異性電荷較多，導(dǎo)致鈣基蒙脫石的電位較低，分散性也較差。

蒙脫石的性質(zhì)除了與其來源、屬型和改性程度有關(guān)外，還與其改性工藝、使用的改性劑及干燥方式和干燥溫度等有關(guān)。改性到相同程度時(shí)，采用比較緩和的改性工藝有利于提高蒙脫石助留效果，而在相同的改性工藝下，采用緩和的干燥方式及低的干燥溫度，有利于提高蒙脫石的膨脹容和膠質(zhì)價(jià)，進(jìn)而提高蒙脫石的動(dòng)態(tài)微粒助留效果。采用中性改性劑時(shí)，則在同樣的膨脹容和膠質(zhì)價(jià)下，可獲得較好的動(dòng)態(tài)助留效果。

我國眾多膨潤土礦的蒙脫石含量為50%~70%,并不是所有的膨潤土均能提純的，因?yàn)榕驖櫷撂峒冃Ч粵Q定于原礦蒙脫石品位，而是決定于與其共生的礦物。蒙脫石含量僅50%的膨潤土，由于共生的礦物是粗晶石英、長石，因此較易提純。

一般鈣基蒙脫石遠(yuǎn)比鈉基蒙脫石的自然疊層數(shù)為多，人工鈉化難以有效減少蒙脫石的疊層厚度。高效的剝片是制備納米蒙脫石的關(guān)鍵；目前國際上通常用離心機(jī)來提純膨潤土，另配高壓均質(zhì)器剝片，其壓力達(dá)10.27MPa,剝片后蒙脫石平均粒徑0.4Mm。

操作過程

納米蒙脫石并不是指其商品的粒徑為納米尺度,而是能通過蒙脫石礦物與高分子聚合物在化工納米尺度上完成復(fù)合的蒙脫石。蒙脫石裸露端面的陽離子具有電荷，可因介質(zhì)中pH值的改變使端面電荷符號(hào)和數(shù)量發(fā)生變化，故端面電荷亦稱可變電荷；由于不同產(chǎn)地、不同成因、所處不同地球化學(xué)背景以及不同的表生作用，均可影響蒙脫石結(jié)晶有序度的高低。含量大于95%。自然界很難找到這樣的原礦，需要提純獲得。

蒙脫石基本不含鐵質(zhì)雜質(zhì)，基本沒有其他黏土礦物。為了獲得純蒙脫石礦物，對(duì)礦石可以進(jìn)行一系列的分選提純操作。首先把礦石自然風(fēng)干，然后浸入蒸餾水中浸泡（固液比1:5)48h后，用600rpm的攬拌機(jī)攬拌12h,加水稀釋至2%質(zhì)量濃度，加入適量EDTA二鈉鹽和碳酸鈉，再攬拌10h,把懸浮液注入沉降分離器，靜沉3d,提取上層懸浮液。在提取的上層懸浮液中，加入NaCl使之絮凝沉降，棄去上清液，離心分離回收蒙脫石。再反復(fù)洗滌-離心分離，直至無氯離子出現(xiàn)，獲得純蒙脫石礦物。冷凍真空干燥，研磨成粉、封裝備用。

用無機(jī)金屬小離子處理是另一類改性方法，如經(jīng)鈉、鎂鹽活化改性，離子就充當(dāng)了平衡硅氧四面體上負(fù)電荷的作用，這些低電價(jià)大半徑的離子和結(jié)構(gòu)單元層之間作用力較弱從而使層間陽離子有可交換性。同時(shí)由于在層間溶劑的作用下可以剝離、分離成更薄的單晶片，又使膨潤土具有較大的內(nèi)表面積，這種帶電性和巨大的比表面積使其具有很強(qiáng)的吸附性，能和周圍更多的水分子結(jié)合，而水分子的OH基團(tuán)可通過氫鍵與有機(jī)分子相互作用，從而吸附更多的有機(jī)分子。生產(chǎn)蒙脫土的操作例如下。

方法1：將原土25g置于1000mL^杯中，加入800mL離子水，高速攬拌1h,靜置34h,棄去下層沉淀物，向上層懸浮液中補(bǔ)加去離子水，使燒杯中懸浮液的體積保持800mL,加熱攬拌，加入一定質(zhì)量濃度的季銨鹽溶液，再高速攬拌3h。將反應(yīng)液靜置、抽濾，所得沉淀物用去離子水反復(fù)洗滌直至沒有溴離子檢出，將所得乳白色沉淀物放入烘箱中加熱至90°C干燥，直至恒重，研磨過200目篩將得到的有機(jī)密封保存。

方法2：蒙脫土的酸化處理可簡單地用礦物酸洗滌（如用質(zhì)子酸進(jìn)行層間交換）或?qū)⒓佑械V物酸的黏土懸浮液加熱一定時(shí)間（如在368K時(shí)用30%的H2S04處理。其最佳酸化條件隨土源的不同而取決于其化學(xué)組成、水合程度及陽離子交換性質(zhì)。

方法3：將原土25g置于1000mL燒杯中，加入800mL之離子水，高速攬拌1h,靜置34h,棄去下層沉淀物，向上層懸浮液中補(bǔ)加去離子水，使燒杯中懸浮液的體積保持800mL,加熱攪拌，加入一定質(zhì)量濃度的季銨鹽溶液，再高速攬拌3h。將反應(yīng)液靜置、抽濾，所得沉淀物用去離子水反復(fù)洗滌直至沒有Br-離子檢出，將所得乳白色沉淀物放入烘箱中加熱至90°C干燥，直至恒重，研磨過200目篩將得到有機(jī)蒙脫土。

方法4：蒙脫石是膨潤土黏土巖的主要礦物成分。蒙脫石層間陽離子的水化作用使其具有很強(qiáng)的吸水性，這就要求對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚淖兤浔砻嫘阅埽档臀裕鰪?qiáng)親有機(jī)物性能。使用更為便宜的鈣基膨潤土,使提純、鈉化改性及有機(jī)化改性可以同時(shí)完成，，還可進(jìn)一步利用離子交換作用對(duì)蒙脫石表面進(jìn)行修飾改性，以獲得具有不同性質(zhì)的有機(jī)改性蒙脫土。

改性蒙脫土和天然蒙脫土吸附水溶液中苯酚需要一段時(shí)間才能達(dá)到平衡。在最初15min內(nèi)，改性蒙脫土吸附苯酚的數(shù)量迅速増加，在60min內(nèi)改性蒙脫土對(duì)苯酚的吸附基本達(dá)到平衡。未改性蒙脫土大約在120min達(dá)到平衡。

膨潤土的膨脹容、膠質(zhì)價(jià)和蒙脫石的屬型、含量和分散程度有關(guān)，而吸藍(lán)量則可表示膨潤土中蒙脫石的含量。因此，可以通過測定吸藍(lán)量來篩選純度較高的蒙脫石原礦；在改性中，可以通過簡單測定蒙脫石的膨脹容、膠質(zhì)價(jià)來石的品質(zhì)和改性程度。改性蒙脫石粒度與其膨脹容、膠質(zhì)價(jià)之間具有一致的關(guān)系；而蒙脫石的電位則與其粒度有關(guān)，對(duì)于同一種蒙脫石來講，其分散的越好，粒度越小，與陽離子聚丙烯酰胺組成微粒助留體系時(shí)的動(dòng)態(tài)助留效果也就越高。