有機膨潤土的制備及工藝

有機膨潤土即是指利用有機分子、離子、聚合物等以共價鍵、離子鍵、氫鍵、偶極以及范德華力與膨潤土結合而成的膨潤土有機復合物。膨潤土具有優異的膨脹性、吸附性、陽離子交換性、催化性、粘結性、懸浮性和可塑性，常作為粘結劑、懸浮劑、吸附劑、凈化劑及稠化劑等被被應用于鋼鐵、石油、化工、紡織、藥品等諸多領域。另一方面，膨潤土呈親水性，對有機物的吸附能力較差。為提高膨潤土吸附有機物的能力、充分利用其巨大的理論表面積，需要對其進行有機改性，所得產物即為有機膨潤土。


1.1有機膨潤土的制備原理


常見的改性方法是在適當條件下用有機陽離子將膨潤土層間無機陽離子交換出來。或者直接在膨潤土層間插入有機分子，改變層間域親水環境，使得其呈疏水性。同時又增加了粘土礦物中的有機質含量。


目前，有機改性膨潤土主要有烷基銨改性膨潤土，也有十八胺、金屬螯合物、有機硅、二環胺離子等其它有機物對膨潤土進行改性的報道。插層有機物國內研究則主要集中于季銨鹽和胺，常用的有十六烷基三甲銨鹽(CTMA)、十六烷基吡啶(CPB)、十八烷基三甲銨鹽(DTMA)等。

1.2有機膨潤土的制備工藝


★干法制備工藝

干法制備有機膨潤土是將含水20%~30%的膨潤土與有機改性劑直接混合，加熱、混勻后擠壓，直接制得有機膨潤土。或進一步烘干、破碎成粉狀產品，或直接將其分散于有機溶劑中制成凝膠或乳膠體產品。


工藝流程

提純鈉基膨潤土+有機覆蓋劑→加熱混合→擠壓→混合→有機凝膠

提純鈉基膨潤土+有機覆蓋劑→加熱混合→擠壓→干燥→破碎→包裝


??? 優點：工藝簡單。

??? 缺點：通常需要在高壓或表面活性劑熔融溫度下進行，能耗巨大，且無法保證所得產品的均一性和穩定性。


★濕法制備工藝

膨潤土的濕法合成是將膨潤土礦物粉碎后分散在水中制成漿液，再加入有機改性劑，在充分攪拌的條件下進行反應，達到有機化的目的。


工藝流程

膨潤土粉→分散制漿→提純→改型（或改型→提純）→有機覆蓋→過濾→烘干→粉碎→產品
??? 優點：濕法合成有機膨潤土是在溶液態進行，充分的攪拌使膨潤土與表面活性劑充分混合，當具有足夠長的反應時間時，表面活性劑在膨潤土上的吸附可以達到平衡。經過濾、洗滌、干燥、研磨后，可以得到形態均一、性能穩定的有機膨潤土產品。濕法合成有機膨潤土對設備與操作的要求都比干法要低，故目前制備有機膨潤土常用濕法。

??? 缺點：恒溫水浴、攪拌、干燥、活化等過程需要消耗大量的水和能源，而且制備過程時間較長，使得有機膨潤土生產成本增加，不利于工業化應用。


★預凝膠法制備工藝

預凝膠法制備有機膨潤土是將膨潤土分離改型提純后，在有機覆蓋過程中加入疏水有機溶劑（如礦灼油），把疏水膨潤土復合物萃取進入有機油，分離出水相，再經蒸發除去殘留水份，直接制成有機膨潤土預凝膠。


工藝流程

原礦粉碎→分散制漿→改型提純→抽提水份→加熱除水→預凝膠產品


隨著對膨潤土結構特征和理化性能的進一步了解，一些研究者采用更多的方法合成有機粘土。如熔融態有機物與粘土礦物相復合、粉末研修法、小分子有機化合物與粘土作用后被聚合等，近來又有人利用超聲波的強大空化作用制備有機膨潤土。

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