膨潤土是一種層狀硅鋁酸鹽礦物，其主要成分為蒙脫石。蒙脫石是由2:1型單斜晶系結(jié)構(gòu)不斷堆疊起來的層狀黏土，相鄰的斜晶系層間留有一定的空隙，空隙之間填充了大量可用于交換的陰陽離子，如Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Na+、Cl-等。據(jù)層間隙中陽離子的種類將膨潤土分為氫基膨潤土、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、鎂基膨潤土等。
膨潤土因其具有較大表面積、良好的吸附性能、耐熱性能、膨脹性能被廣泛應(yīng)用到環(huán)保、化工、核工業(yè)、醫(yī)藥、石油、造紙等領(lǐng)域，被譽為“萬用粘土”，其市場開發(fā)前景非常廣闊。
1、膨潤土的提純預(yù)處理
一般膨潤土的蒙脫石含量約為60%，部分優(yōu)質(zhì)膨潤土能達到80%。膨潤土中蒙脫石含量的高低對膨潤土的性能有著重要的影響，在改性之前對膨潤土進行提純預(yù)處理的目的就是為了提高其中蒙脫石的含量，降低石英的含量。
（1）膨潤土干法提純
膨潤土干法提純是利用膨潤土與雜質(zhì)礦物的粒度、密度、硬度差別比較大的特點，通過逐級分離沉降進行分離，一般適用于蒙脫石含量大于80%的膨潤土的提純處理。
（2）膨潤土濕法提純
膨潤土應(yīng)用比較普遍，其機理是利用蒙脫石晶體細(xì)胞小，能夠在水介質(zhì)中充分分散的原理，使雜質(zhì)與蒙脫石分開。
膨潤土一般需要經(jīng)過改性后才能正常使用到實際的生產(chǎn)中，其改性的基本原理是利用其層間域中水分子與陽離子的可交換性。常用的膨潤土改性方法有鈉化改性法、酸改性法、焙燒改性法、鹽改性法、有機改性法和無機柱撐改性法、無機/有機復(fù)合改性法等。
2、膨潤土鈉化改性法
由于蒙脫石與Ca2+吸附能力比Na+要強，所以自然界中存在的膨潤土一般為鈣基土。但是實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)鈣基土中的Ca2+的交換能力遠低于Na+，因此鈣基土常常經(jīng)過鈉化后再投入市場使用。
膨潤土鈉化改性法的原理是利用Na+與Al、Mg的結(jié)合強度大于Ca2+，通過Na+取代膨潤土層間的Ca2+而達到鈉化改性的目的。常用的鈉化劑有NaF、Na2CO3、NaCI、NaNO3、NaSO4等。
研究表明：利用Na2CO3作為鈉化劑時，在其最佳濃度為4%，鈉化時間為30min，水浴溫度為70℃時，鈉化處理后的膨潤土的鈉離子含量由1.47%提升到32%； Na2CO3改性劑的效果要優(yōu)于NaCI，經(jīng)過Na2CO3鈉化后的膨潤土的膨脹容和膠質(zhì)價分別提升20mL/g和200mL/g左右，鈉化后的產(chǎn)品都能達到工業(yè)化使用的要求。
3、膨潤土酸改性法
膨潤土酸改性法主要是利用不同類型和濃度的酸對膨潤土進行浸泡，使膨潤土層間中的Ca2+、Mg2+、Al3+等金屬離子以可溶性鹽的形式溶出，使得其孔道得到疏通，有利于吸附質(zhì)分子的擴散，同時由于氫原子的半徑小于Ca2+、Mg2+、Al3+，所以電離出來的H+可以置換出層間的金屬陽離子，從而減弱層間作用力，使得膨潤土帶上的永久性負(fù)電荷變得更多，更加有利于陽離子之間的交換，因而吸附能力得到提升。
一般稱作經(jīng)酸化后的膨潤土為活性白土或漂白土，其孔容積和比表面積都有很大的改變，吸附點位也增加。常用的酸改性劑有H2SO4、HCl、CH3COOH等。
研究表明：酸活化膨潤土的比表面積可由23m2/g增大到56m2/g，吸附效果較原土也有很大程度提升；
硫酸的改性效果比鹽酸好，且改性后的土比表面積增大，對染化廢水的去除能力也得到提高；
經(jīng)10%的硫酸改性后的膨潤土層間距由原來的1.46nm增加到1.84nm，吸附性能也有所提升，對Pb2+的去除率可達96%，處理后殘留Pb2+達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
4、膨潤土焙燒活化改性
膨潤土焙燒改性法就是將膨潤土在不同溫度下進行煅燒，膨潤土在高溫煅燒的情況下會依次失去表面水、骨架結(jié)構(gòu)中的結(jié)合水、孔道中的機物污染質(zhì)，引起孔隙率增加，結(jié)構(gòu)更為疏松，比表面積變大，使得吸附性能得到一定的改善。
研究表明：在450℃以內(nèi)焙燒改性膨潤土的比表面積會隨著焙燒溫度的升高而增大，焙燒膨潤土的比表面積可高達120.24m2/g，是膨潤土原土的1倍以上。但是溫度超過500℃，膨潤土中的有利結(jié)構(gòu)就會遭到破壞，使得蒙脫石晶體結(jié)構(gòu)摺曲，也可能會產(chǎn)生新的物相，從而引起比表面積和孔隙率急劇下降，同時實際生產(chǎn)的成本也相應(yīng)增加。
在450℃、焙燒2h的條件下，合成出焙燒活化膨潤土，并用其處理液壓油，結(jié)果表明焙燒活化膨潤土對液壓油有良好的吸附效果，在改性土添加量為15%，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時間超過20min時，去除率能達到94%，遠遠超過原土的脫色效果。
5、膨潤土有機改性法
膨潤土有機改性法的基本原理是將膨潤土有機化，利用有機官能團或有機物來取代膨潤土層間可交換陽離子或結(jié)構(gòu)水，進而形成以共價鍵、離子鍵、偶合鍵或者以范德華力結(jié)合的有機復(fù)合物膨潤土。
有機改性不但可以增大改變膨潤土層間距離，還可以增強去除有機物的能力。有機改性劑通過離子交換作用與膨潤土中的鈣或鈉等陽離子發(fā)生離子交換作用，從而將有機成分引入膨潤土，改性后的膨潤土從親水疏油性變成親油疏水性。
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