目 录
1.引言 5
1.1凹凸棒石简介 5
1.2 凹凸棒石分散体系制备的研究进展 6
1.4指导思想与研究方法 9
2.实验部分 10
2.1原料及药品 10
2.2仪器及设备 10
2.3实验步骤 11
3.结果与讨论 15
3.1 凹凸棒石的水相分散体系 15
3.2凹凸棒石的有机分散体系 20
结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
1.引言
近年来，凹凸棒石逐渐成为黏土矿物领域研究的热点之一，基础研究与应用研究发展迅速。凹凸棒石在医疗、农业、化工、环境、纺织等诸多领域已显示出巨大的应用潜能，呈现出了蓬勃发展的势头。
1.1凹凸棒石简介
凹凸棒石黏土（Attapulgite）又称为坡缕缟石（Palygorskite），是以凹凸棒石为主要组成的一种层链状含水富镁铝硅酸盐黏土矿，其晶体为棒状集合体。凹凸棒石的显微结构包括三个层次：一是凹凸棒石的基本结构单元，即棒状晶体，简称棒晶；二是由棒晶紧密平行聚集而成的棒晶束；三是由棒晶束间相互聚集而形成的各种聚集体。在透射电子显微镜中观察，凹凸棒石棒晶的直径为20~70nm，长度可达0.5~5 [1] ，符合纳米材料的尺度标准，其晶体结构如图1-1所示。
图1-1：凹凸棒石的晶体结构图[2]
凹凸棒石特有的棒晶形貌和孔道结构使得凹凸棒石黏土具有良好的胶体性能、较大的比表面积、较强的吸附能力和耐盐碱能力。基于上述理化性质，凹凸棒石在油品脱色、钻井泥浆、干燥脱水、功能复合材料、催化或药物载体材料、功能复合肥料、饲料添加剂、废水处理和功能涂 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q:  3_5_1_9_1_6_0_7_2 
料等领域得到了广泛的应用[3]。凹凸棒石是天然一维纳米材料，显著的各向异性使其成为理想的潜在无机液晶材料。然而，天然的凹凸棒石黏土具有较强的氢键作用和范德华力，即使凹凸棒石属于纳米材料尺度，但是也多以致密的团聚体形式存在，长径比的不均一性使得在形成液晶的过程中其固有的纳米特性不能得到充分发挥，甚至抑制液晶相的形成。基于以上考虑，为了发挥出凹凸棒石晶体的纳米特性，观察并探讨凹凸棒石的液晶相行为，就要制备出高度稳定的凹凸棒石分散体系。
1.2 凹凸棒石分散体系制备的研究进展
当前，凹凸棒石分散体系制备的研究主要有三个方向：一是研究凹凸棒石的解离方法，使得天然凹凸棒石能够充分解离；二是对长径比的调控，以保证所需粒度；三是对凹凸棒石表面电位的调控，以充分发挥凹凸棒石的胶体性能。
1.2.1凹凸棒石棒晶束解离
凹凸棒石分散体系制备的方法主要为棒晶束解离，已报道的传统方法主要包括干法、湿法及干湿法，还有一些新型方法，如蒸汽爆破法、高压均质法等。
（1）干法处理
包括球磨处理、碾磨处理以及挤压处理。
球磨是利用下落的研磨体(如钢球）的冲击作用以及研磨体与球磨内壁的研磨作用而将物料粉碎混合，当球磨转动时，由于研磨体与球磨内壁之间的摩擦作用，将研磨体依旋转的方向带上后在落下，这样物料就连续不断的被粉碎[3]。研究表明，球磨可以显著降低凹凸棒石的粒径，研磨时间较短时对棒晶损伤不大，延长研磨时间引起棒晶折断甚至棒晶形态的完全消失，并出现团聚现象[4]。
碾磨对凹凸棒石棒晶束的解离和分散程度有显著影响。磨盘旋转会产生强大的剪切力和环向应力，经过石磨碾磨处理后，部分凹凸棒石棒晶变短，棒晶束部分解离，棒晶的分散性改善。当碾磨超过8次后，棒晶束解离明显，但棒晶束显著变短，甚至出现大量颗粒，说明碾磨处理在解离分散棒晶束和聚集体的同时，对棒晶产生了严重损伤[5]。
挤压是利用加压过程产生的强剪切力来膨松化、撕裂凹凸棒石棒晶束和聚集体，适度的挤压处理可以破坏凹凸棒石致密的聚集结构，这是凹凸棒石黏土矿加工非常重要的工艺过程。挤压处理使凹凸棒石棒晶束间形成显微间隙与裂缝，当分散在水中时，水分子更容易进入棒晶束间，造成显微结构的水化膨胀，在弱分散条件下，就可在介质中解离分散，使理化性能得以提升[6]。
（2）湿法处理
湿法明显弱化了处理过程对凹凸棒石棒晶长径比和晶体结构的破坏。常用的湿法工艺主要有高速机械搅拌、冷冻、超声等。
高速机械搅拌是利用高速旋转的转子产生的剪切力对浆状物料沿转子切线方向施加剪切、撞击和分散力，从而使物料聚集体细化、解离和分散[7]。在高剪切速率和长时间搅拌下，凹凸棒石得到很好的分散[8]。
冷冻处理是利用水相变体积膨胀特性，对凹凸棒石黏土进行冷冻处理，冷冻过程中水相变结冰，体积膨胀崩解凹凸棒石晶体或聚集体，可使棒晶束聚集体形成大量孔隙，结构松散，将团聚在一起的棒晶解离。
超声处理是利用超声波特有的波长和频率，使物料在振动下产生松散化，进而达到分散的目的。在对黏土进行小规模改性过程中，也常用超声波来达到充分分散，进而达到提高改性效率的目的。
（3）干湿法处理
干湿法处理就是将干法与湿法相结合的处理手段，常用的方法有挤压-冷冻和冷冻-碾磨。挤压-冷冻处理可低成本实现凹凸棒石晶束解离，低温速冻（ ）有利于提高晶束解离效果，冻融-挤压处理对硬质凹凸棒石晶束的解离效果明显优于单纯挤压处理，在此过程中添加分散剂六偏磷酸钠，可进一步提高解离和提纯效果[9]。
1.2.2长径比（粒度）调控
通过对辊挤压、高速打浆以及离心等预处理后，棒晶粒度明显下降。对辊挤压及高速搅拌可协同水化，不断促进凹凸棒石粉体的崩解和晶束的分散，但凹凸棒石的高长径比及其黏土特性使得颗粒崩解后的棒晶相互架靠聚集，形成蓬松的水稳团体。低速离心可将长棒晶及较大的团聚体分离出来，留下粒度较短且疏松透水的团聚体分散体系。
1.2.3表面电位调控
天然凹凸棒石的表面具有永久负电荷。为了保持电中性，凹凸棒石必然要吸附等量的阳离子。一般而言，颗粒所带电荷密度越大，颗粒间的静电斥力作用越强，棒晶和棒晶束形成的网状结构体积就越大，能将更多的水分子束缚在其中，使得体系黏度增大，从而改善悬浮液的稳定性。无机电解质对悬浮液宏观的胶体行为具有重要影响[10]。加入无机电解质能改变棒晶间的相互作用力，从而改变的凹凸棒石悬浮液的絮凝结构。目前较为常用的分散剂为六偏磷酸钠。
凹凸棒石在微观上具有很多孔道，孔道平行于链层并且充斥着沸石水以及 、 、 等可以交换的阳离子[11]。当凹凸棒石溶于电解质溶液中时，电解质离子可以进入凹凸棒石的孔道之中并且将 、 、 等阳离子交换出来[12]。研究表明，
0.05 和 溶液能够将凹凸棒石表面的负电荷改变成正电荷[13]。 有较多未被占用的电子轨道和更强的酸性。这就意味着 离子可以接受孤对电子从而和凹凸棒石的表面紧密的结合在一起。黏土表面与阳离子的相互作用力越强，阳离子对颗粒表面电位的影响就越大[14]。
1.2.4 凹凸棒石的有机改性
凹凸棒石的有机改性剂有很多种类，较为常用的有偶联剂（如KH570）、有机胺（如乙醇胺）、以及表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵，即CTAB）等。
（1）十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）改性

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