凹凸棒土的改性和选择性吸附机理的研究

为了更好的利用我国丰富的凹凸棒土资源，开发高端产品，凹凸棒土的加工、改性显得尤为重要。凹凸棒土的结构在加工过程中可发生变化，因此，为了更好的开发新产品，必须了解凹凸棒土在不同改性过程中微观结构、性能及其吸附性能的变化。本项目对凹凸棒土进行不同的改性处理，采用FTIR、NH3-TPD、比表面积-孔径分布测定仪等对其微观结构、性能进行表征；同时利用不同的改性凹凸棒土产品进行吸附性能的研究，探讨单一吸附质溶液体系中凹凸棒土与吸附质之间的作用机理和多吸附质溶液体系中凹凸棒土与各种吸附质之间、同种吸附质之间、不同吸附质之间的作用机理；在此基础上得出凹凸棒土改性-微观结构、性能-吸附性能之间的关系，特别是对凹凸棒土的吸附活性点这一关键因素进行研究，揭示凹凸棒土加工、改性与其吸附性能之间的本质，为凹凸棒土选择性吸附剂新产品的开发和应用提供理论指导。

项目针对我国丰富的优势硅酸盐粘土矿物——凹凸棒土自身的结构，对其进行了酸活化改性、阳离子表面活性剂改性、硅烷偶联剂改性，并对改性前后的微观结构和性质进行了比较，探明改性对其结构、性质的影响；然后，针对上述不同改性处理凹凸棒土的结构、特性，进行不同的吸附应用研究，推测吸附机理，建立凹凸棒土结构与吸附性能之间的关系。研究结果表明：（1）酸活化处理，使凹凸棒土孔道疏通、孔容积增大、酸活性度增强，酸活化凹凸棒土可有效进行食用油脱色和水相脱除四环素，就食用油中大分子的色素而言，凹凸棒土的孔径大小、表面活性点的共同作用是实现其有效吸附的原因；而水相中相对分子较小的四环素的吸附效果则主要取决于凹凸棒土的表面酸活性；（2）季铵盐阳离子表面活性剂改性处理（以十八烷基三甲基氯化铵为改性剂时最佳），在不改变凹凸棒土晶体原有结构的情况下，可有效提高凹凸棒土的表面疏水性，从而实现其吸附性能的改变；经改性后的凹凸棒土，在疏水作用、氢键、离子键的共同作用下，可有效实现对活性成分中单宁酸的选择性吸附；而十八烷基三甲基氯化铵改性凹凸棒土对水相无机酸根离子混合物中的吸附表现出一定的竞争优先吸附，即磷酸二氢根离子>硫酸根离子>硝酸根离子，但是未表现出明显的选择性吸附；由此可推测，仅在离子键作用下不能实现有效的选择性吸附，只有在疏水作用、氢键、离子键的共同作用下，方可实现有效的选择性吸附；（3）硅烷偶联剂改性处理凹凸棒土，可通过选择带有不同氨基数的硅烷偶联剂实现对凹凸棒土性质的调控，就磷钨酸（HPW）溶液的吸附而言，改性凹凸棒土表面的单层氨基数量决定HPW的吸附量，HPW阴离子与载体的氨基形成强的离子对，有效固载于改性凹凸棒土表面。. 项目研究工作按计划顺利进行，并取得了预期的研究成果，在国内外核心期刊发表学术论文10篇，其中SCI 6篇，申请发明专利3 项，其中授权1项，相关成果获中国商业联合会科技进步特等奖、江苏省科技进步三等奖各1项，培养博士研究生2名，硕士研究生3名，完成了预期的各项指标。