凈水處理劑-有機膨潤土（一）

膨潤土具有眾多的優良性能，國外已在工農業生產24個領域的100多個部門中得到廣泛應用，有萬能土之稱。

有機膨潤土是在其分子結構中引入親油性有機分子后由親水性變為親油性，其體積膨脹大，層間距為24.3nm。

親水性膨潤土在吸收自重倍的水后，體積膨脹20~30倍。

無機膨潤土與有機膨潤土在水中均能表現出優良的懸浮性與分散性，形成的凝膠具有黏性、流動性和潤滑性。

膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物的黏土巖，在黏土礦物形成過程中，常會發生同晶替代作用，晶體結構層間存在過剩負電荷，能以靜電吸附陽離子保持電中性。此外，膨潤土具有很大的表面積，巨大的表面積伴隨著巨大的表面能，使其具有巨大的吸附能力。

膨潤土分為鈉基、鈣基、鎂基和鋁基膨潤土。其中鈣基膨潤土儲量最大，約占總儲量的70%~80%。

基本原料

我國膨潤土礦產資源開發利用的程度很低，雖然產銷量逐年上升，仍是一種"低出高進"的局面，即出口低級產品（原礦、鑄造用、鉆井用、低檔活性白土等），進口高級產品（高檔有機土、膨潤土防水毯等）。目前，我國膨潤土年產量已超過270萬噸，但超細湖米級膨潤土年產量不超過5000噸，資源帶來的效益差。這也是我國膨潤土礦產資源豐富、資源型行業競爭不是很劇烈、企業規模小、技術水平造成的。

由于近年來國內外對白膨潤土的需求與日俱増，再加上國外產量減少，國內對膨潤土的研究開發也開始重視。大力開發白膨潤土可獲得高附加值的回報，并避免資源浪費。

操作過程

我國的膨潤土資源十分豐富，現每年開提量為200萬噸左右，僅次于美國，居世界策2位。

有機季銨鹽與膨潤土中的電解質可發生離子交換，其主要是二價的鈉離子,生成的有機基團覆蓋在膨潤土表面，形成穩定的有機產品，從而使表面性能發生變化，由親水性轉變成親油性和具有膨潤性，選用不同的基團可制成具有不同用途的產品。

①濕法

用水為分散介質，先去除膨潤土中雜質制成上漿液，含量為10%~20%,再進行高速剪切分散，使粒度到黏土級。用漿液與季按鹽反應，然后從漿液中分離出有機土，進行洗滌，在溫度小于90°C下干燥。

操作條件是：水與原土質量比為2:1,于65°C下與陽離子置換90min,再于105°C下干燥得成品。按固液比為1:5,鈉鹽加入量為3.5%,其交換率為97%。濕法的關鍵步驟是懸浮液中的微粒的粒度是否達到要求，它直接關系到有機膨潤土性能的好壞，因此一定實驗予以確定。

②干法

制備時將原土和適量的季銨鹽（占黏土的15%~55%)混合，在無水和高于季銨鹽熔點的溫度下反應3~5h應完畢，經研磨，過篩，得到200目的干態物。

上述方法，操作簡單，生產效率高。

膨潤土的活化，有高溫活化法、酸活化法、氧化法、氫化法以及還原法。其中高溫活化和酸活化較為常用和簡便。

①高溫活化膨潤土。膨潤土高溫活化處理是適當的溫度下，在恒溫箱或真空恒溫箱里活化一定時間后，使其表面的吸附水、層間水及空隙中的雜質除去，使吸附能力得到增強。

②酸活化膨潤土。酸活化膨潤土是除去分布于膨潤土結構通道中的雜質，如混雜的有機物，使通道得以疏通，有利于吸附質分子的擴散，再者，氨原子半徑小于Na、Mg、K、Ca等原子的半徑，因此體積小的H離子置換層間的K,Na,Ca,Mg等離子，積得到增大，提高了膨潤土的吸附性和化學特性。

方法1：①膨潤土提純處理，稱取鈣基膨潤土10g,加入1000mL去離子水及N2C03高速分散，濾去沉淀，靜置備用。將1kg膨潤土原礦粉在容器中調制成濃度為20%的水漿，攪拌5min。浸泡12h。再攬拌、靜止沉淀2h,抽提上部懸浮液。②往上步得到的懸浮液中加入1倍量的水，充分攬拌后靜止沉淀4h,抽提上部懸浮液。③往上步的懸浮液中加入1%的焦磷酸鈉，充分攬拌20min,然后靜止沉淀4h,抽提上部懸浮液，即為提純的鈣基膨潤土懸浮液。

膨潤土提純過程中加入焦磷酸鈉進行邊緣改性，可以提高蒙脫石的純度和收率，在水分散介質中，蒙脫石細小顆粒之間，靠正負電性吸引存在著以"工"字型締合為主的搭接結構，選細小的固體雜質被這種結構所支托或包裏，不能靠重力與蒙脫石分離，分散介質中加入焦磷酸納后，磷酸根離子被吸附于正電荷邊緣，形成負電性邊緣，使蒙脫石變成了雙負電層膠體，彼此之間互相排斥，締合結構消失。這樣，細小顆粒雜質失去支托，由于重力作用而沉降。

方法2：原土提純方法是：取原土加水充分潤濕、攬拌，靜止沉降后，取出上部分分散液，棄去沉降物。為了提高提純土的產率，對沉降下來的砂石和膨潤土混合物再次水洗沉降，直至提純土中含量達到有機化的要求（90%以上）。由于天然膨潤土中的雜質礦物的粒度、硬度較大，通過逐級分離可以得到性能較優異的精制膨潤土原料，并有利于活化處理。

有機膨潤土的制備方法是：在250mL的燒瓶中，加入100mL膨潤土漿，開啟攪拌器,稱取一定量的環氧鉍鹽，溶于水中，將溶解好的季銨鹽溶液滴加至膨潤土漿中，常溫下反應3h,停止攬拌，自然冷卻至室溫，靜置后，抽濾，洗滌至無氯離子（硝酸銀檢驗），用乙醇洗滌3次，用無水乙醇洗滌3次，常溫下真空干燥。

將0.2kg的氯化十八烷基二甲基芐基銨溶入少量水中，加入到上步得到的懸浮液中，攪拌20min,靜止老化24h,然后用板框壓濾機流化床干燥，磨粉（過200目篩）后，即獲得淡黃色的有機膨潤土成品。

制備有機膨潤土所需的陽離子一般由烴鏈長變適中的表面活性劑提供，碳的原子數一般不少于12,若徑鏈較短，則在水分散介質中的溶解度過大，不利于在膨潤土表面形成覆蓋層，烴鏈過長，在水分散介質中的溶解度過低，不利于分散，使非極性基過分疏水而影響與膨潤土的離子交換。使用氯化十八烷基二甲基芐基銨，在制備的過程中要求季銨鹽中應至少有一個基團的碳原子數有10~24,以保證其親油性，并且原土的純度應高。