海泡石的活化改性
文章作者：保温材料 / 发表时间：2011-10-23 / 点击： 次
天然海泡石纤维存在着通道和比表面积小、热稳定性差等特点[27,28]，因此在使用海泡石纤维之前，需要对其进行活化改性。目前活化改性的方法有酸活化法、热活化法、离子交换法、水热处理法、有机改性和矿物改性等[34,35,42,43]。2.2.1 海泡石的酸活化1.酸活化实验 海泡石结构中存在 Mg2+，当海泡石纤维与弱酸反应时，生成的沉淀会沉积在海泡石的微孔中堵塞孔道。因此对海泡石纤维的活化改性应使用强酸[36,38,39,40]如 HCl、H2SO4、HNO3等。1）.原材料和实验仪器 原材料：天然海泡石纤维（河北易县白马店）。 实验仪器：天平，烧杯 250mL，量筒，布氏漏斗，KBH 型真空抽滤机（浙江省杭州市三耐科技有限公司），721 型分光光度计（上海精科电子有限公司，见图 2.2），SHA-C 型水浴恒温振荡器（长春博盛量子科技有限公司），DGG-101-2 型电热鼓风干燥箱（天津天宇机电有限公司）。2）.实验内容 ①取三份每份 5g 的海泡石纤维，分别放入 A、B、C 三只烧杯中，向三只烧杯中分别倒入 0.4mol/L的 100mLHCl、HNO3、50mLH2SO4，搅拌 5h 后，用布氏漏斗抽滤、洗净，并在 110℃条件下烘干，制得酸改性海泡石纤维，测定其吸附率，并采用扫描电镜观察改性前后形貌。 ②取六份每份 5g 海泡石纤维，分别加入体积为 50mL 浓度为 0.2mol/L、0.4 mol/L、0.6mol/L、0.8mol/L、1.0 mol/L、1.2 mol/L 的 HCl，搅拌 5h 后，采用分光光度计测其吸光度，并计算出吸附率。 ③取 0.2mol/L、0.4 mol/L、0.6 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L、1.2 mol/L 的 50mLHCl，分别在不同浓度下活化处理海泡石纤维 2h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h，计算不同浓度、不同时间条件下海泡石的吸附率。 ④取若干份自制的黑色 HD 型染料液体，分别将上述活化后的海泡石纤维在一定温度下振荡 40min，离心分离取上清液，测定其吸光度 Ai，已知原染料液体吸光度为 Ao，用公式[(Ao-Ai)/Ao]×100%计算吸附率（即脱色率）。3）.实验结果及分析①改性后海泡石纤维形貌分析 本实验采用荷兰 PHILIPS 公司的 XL30W/TMP 型扫描电子显微镜（见图 2.3），对活化前后海泡石纤维的形貌进行观察。扫描电子显微镜 SEM 即 Scanning Electron Microscope，其工作原理是利用其中的电子枪发射电子束，在加速电压的作用下，经过 2～3 个电磁透镜会聚成一个细电子束聚焦在样品表面。在最后一级透镜上装有扫描线圈，使电子束在样品表面进行扫描。高能电子束与样品交互作用产生各种信息，如 X-射线、吸收电子、俄歇电子、透射电子等。该信号被相应的接收器接收，电子束照射到样品某点时，显像管荧光屏上就会出现一个亮点。扫描电镜就是这样采用逐点成像法，把样品表面不同的特征，按顺序、成比例地转换为视频信号，使我们在荧光屏上观察到样品的各种特征。 采用扫描电子显微镜SEM对天然海泡石纤维酸活化改性前后的形貌加以分析，见图2.4。由图2.4.1 可见，天然海泡石纤维互相紧密缠绕，并且按照孔道延伸的方向堆叠在一起，海泡石纤维表面及孔道中吸附着杂质，直接影响孔隙率和吸附性。由图 2.4.2 可见，活化后的海泡石纤维束相互分离，交错排列，纤维之间形成孔隙通道，表明海泡石纤维失去其表面以及孔道中的碱性氧化物分子，比表面积增大、吸附性增强。②酸的种类对吸附性的影响 酸的种类与活化效果的关系见图 2.5。由图 2.5 可知，采用 HCl 活化改性海泡石纤维，海泡石纤维的吸附性能最好，吸附率达到 80%，而采用 H2SO4和 HNO3活化时，海泡石纤维的吸附率分别约 70%和 65%。因此，酸活化海泡石纤维时，均采用 HCl 作为活化用酸。③酸浓度对吸附性的影响 HCl 浓度与处理效果的关系见图 2.6，随着 HCl 浓度的提高，海泡石纤维的吸附率不断增加。当 HCl 浓度在 0.2～0.8mol/L 时，海泡石纤维的吸附率急速增大；当 HCl 浓度超过 0.8mol/L 后，海泡石纤维的吸附率增幅趋缓；当 HCl 浓度达到 1.0mol/L 时，海泡石纤维的吸附率基本不变。因此，采用 HCl 活化海泡石纤维，酸的浓度应控制在 1.0～1.1mol/L。④酸化时间对吸附率 根据活化时间与处理效果的关系图 2.7 可以看到，采用同一浓度的 HCl 活化不同时间，海泡石纤维的吸附率曲线走向大体一致，海泡石纤维的吸附率先随着活化时间明显增大，后逐渐趋于平缓。不同 HCl浓度在同一活化时间条件下，海泡石纤维的吸附率会随着 HCl 浓度的提高而增大。采用 0.2 mol/L、0.4mol/L 的 HCl 活化海泡石纤维时，需要较长的活化时间，且很难达到较好的活化效果；采用 0.6mol/L的 HCl 活化处理 8h，吸附率约达到 88%；HCl 浓度为 0.8mol/L 活化处理 8h，吸附率达到 95%；HCl 浓度超过 0.8 mol/L 时，海泡石纤维的吸附率无明显差异。综合考虑 HCl 浓度以及活化时间两个因素，应采用0.8mol/L 的 HCl 活化处理海泡石纤维 6～8h。④酸化时间对吸附率 根据活化时间与处理效果的关系图 2.7 可以看到，采用同一浓度的 HCl 活化不同时间，海泡石纤维的吸附率曲线走向大体一致，海泡石纤维的吸附率先随着活化时间明显增大，后逐渐趋于平缓。不同 HCl浓度在同一活化时间条件下，海泡石纤维的吸附率会随着 HCl 浓度的提高而增大。采用 0.2 mol/L、0.4mol/L 的 HCl 活化海泡石纤维时，需要较长的活化时间，且很难达到较好的活化效果；采用 0.6mol/L的 HCl 活化处理 8h，吸附率约达到 88%；HCl 浓度为 0.8mol/L 活化处理 8h，吸附率达到 95%；HCl 浓度超过 0.8 mol/保温材料 baowencailiao.orgl/L 时，海泡石纤维的吸附率无明显差异。综合考虑 HCl 浓度以及活化时间两个因素，应采用0.8mol/L 的 HCl 活化处理海泡石纤维 6～8h。2.酸活化机理 采用 HCl 对天然海泡石纤维进行改性，其结构的变化见图 2.8。海泡石的结构中互相交替的硅氧四面体和镁氧八面体 Si-O-Mg2+-O-Si 结构断开，Mg2+被洗脱而 H+取代八面体层中的 Mg2+在外缘形成 Si-OH 键，酸活化后，纤维内部通道相互贯通，比表面积随之增大，吸附性增强，但这一过程中四面体骨架保持不变。然而浓度过大时，HCl 会取代海泡石结构中的大量 Mg2+而破坏海泡石的晶体结构，海泡石的比表面积减小。
