凹凸棒石改性及胶体性能研究

【摘要】凹凸棒石黏土是一种以凹凸棒石(APT)为主要成分的天然一维纳米级硅酸盐黏土矿物,被誉为“千种用土,万土之王”,在钻井泥浆、石化、建材、造纸、环保等诸多领域发挥着重要作用。天然APT的棒晶以棒晶束或聚集体形式存在,使其自身的胶体特性受到抑制,因此开发APT解离棒晶束和提升胶体性能的工艺具有重要意义。本论文采用天然湖水、海水和苦咸水对APT进行浸泡,考察了浸泡时间对APT胶体性能的影响；开展了高压均质技术协同化学改性解离棒晶束和提高APT胶体性能的研究工作。主要研究结果如下：1.采用天然青海湖水和海水浸泡APT,考察了浸泡时间对APT黏度的影响。结果表明,随着湖水浸泡时间的延长,APT棒晶表面电荷呈现先增大后减小再增加的趋势,但APT晶体结构未发生明显变化。经湖水浸泡90d后,APT悬浮液耐剪切性能最好；湖水浸泡180d后,APT悬浮液旋转黏度提高了100%,悬浮稳定性最好。海水浸泡60d后,APT悬浮液的黏度最好。2.采用天然苦咸水浸泡APT,考察了浸泡时间对黏度、悬浮性和流变性等性能的影响。结果表明,苦咸水中所含的金属离子与APT棒晶表面离子发生了交换反应,改变了棒晶的表面电荷,从而影响APT的胶体性能。浸泡90d后,APT表现出最优的悬浮稳定性；浸泡180d后,APT的黏度从1188mPa·s提高到2444mPa·s,提高了105.7%。3.高压均质协同偏铝酸钠改性APT,可以实现一步法解离棒晶束和调控表面电荷。经偏铝酸钠改性但未均质的APT,黏度较未改性未均质样品的黏度要低。经30MPa均质处理后,可将APT的黏度提高47.2%(从1812mPa·s到2668mPa·s);随着偏铝酸钠量增加,Zeta电位逐渐变负,当加入量为0.5wt%时,Zeta电位为-25.4mV。4.以天然植酸(PA)为改性剂,在高压均质协同作用下对APT进行改性。研究了不同均质压力对APT的理化性能和胶体性能的影响。结果表明,在PA用量为APT质量0.1wt%的条件下,随着均质压力的增加,APT悬浮液的黏度呈现先增大后减小的趋势,当均质压力为30MPa时,APT的黏度从1728mPa·s显著提高到2856mPa·s,提高了近65.3%,且悬浮液的胶体稳定性也明显提高。经改性的APT可作为触变剂和增稠剂广泛应用于涂料、印染上浆、造纸、日用化工和石油化工等诸多领域。
【作者】王方方；
【导师】张继义；
【作者基本信息】兰州理工大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】凹凸棒石；改性；胶体性能；高压均质；离子交换；微观结构；

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