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一文了解海泡石的特性及典型应用

来源:《黄金良. 改性海泡石复合颜料制备及性能研究[D].湘潭大学,2018》

海泡石是一种因其晶体结构而具有纤维形态的矿物,是多面体孔壁和孔道交替延伸的纤维结构。纤维结构中存在层状结构,由两个Si-O-Si键合的硅氧四面体和中间含有镁和氧的八面体组成,形成0.36nm1.06nm大小的蜂窝状孔道。

1.海泡石的性质

(1)海泡石的吸附性能

海泡石是由二氧化硅四面体和镁氧八面体接枝而成的三维特殊结构,比表面积大,表面有许多酸性[SiO _ 4]碱性[Mg _ O _ 6]中心,使海泡石具有很强的吸附性能。

海泡石的晶体结构中有三个不同的吸附活性中心:

首先是Si-O四面体中的O原子。

第二种是在Mg-O八面体边缘与Mg2配位的水分子,可以与其他物质形成氢键。

第三种是Si-OH键组合,由二氧化硅四面体中Si-O键断裂产生,接受一个质子或碳氢分子来补偿缺失的电势。海泡石中的Si-OH键能与吸附在其表面的分子相互作用,增强吸附力,并能与某些特定的有机化合物形成共价键。

(2)海泡石的热稳定性

海泡石是一种耐高温的无机粘土材料。在从低温到高温的逐渐升温过程中,海泡石的内部晶体结构经历了四个失重阶段:

当外界温度达到100左右时,海泡石在第一阶段损失的水分子是孔道中的沸石水,损失的水分子达到海泡石总重量的11%左右。

当外界温度达到130 ~ 300时,第二阶段海泡石会失去与Mg2配位的第一部分配位水,约为其自身质量的3%。

当外界温度达到300 ~ 500时,第三阶段海泡石将失去与Mg2配位的第二部分配位水。

当外界温度达到500以上时,与八面体结合的结构水(-OH)会在第四阶段流失,这一阶段海泡石的纤维结构已经被完全破坏,所以过程是不可逆的。

(3)海泡石的耐腐蚀性

海泡石本身耐酸碱性好,在pH <3或> 10的介质中会腐蚀内部结构。当其在pH 3-10范围内时,海泡石表现出很强的稳定性。说明海泡石具有很强的耐酸碱性,这是海泡石作为无机核制备玛雅蓝状颜料的重要原因。

(4)海泡石的催化性能

海泡石是一种廉价实用的催化剂载体。主要原因是海泡石可以通过酸改性获得高比表面积和层状多孔结构,这些都是海泡石用作催化剂载体的有利条件。海泡石可作为二氧化钛光催化剂的载体,具有优异的催化性能,广泛应用于加氢、氧化、脱氮和脱硫。

(5)海泡石的离子交换性

离子交换法利用其他极化更强的金属阳离子取代海泡石结构中八面体末端的Mg2,从而改变其层间间距和表面酸性,增强海泡石的吸附性能。海泡石的金属离子多为镁离子,少量铝离子和微量其他阳离子。海泡石特殊的组成和结构使其结构中的阳离子容易被其他阳离子取代和交换。

(6)海泡石的流变性质

海泡石本身细长,呈杆状,但大部分堆积成束,随机排列。当海泡石溶于水或其他极性溶剂时,这些纤维束会迅速分散,随机交织,形成不规则的溶剂滞留的复杂纤维网络,形成流变性强、粘度高的悬浮液,表现出海泡石独特的流变性。

此外,海泡石还具有绝缘、脱色、阻燃、膨胀等特性,在工业领域有很大的应用价值。

2.海泡石的主要应用

随着中国经济的快速发展,市场对环保高附加值材料的需求越来越大。海泡石是一种无机材料,因其特殊的晶体结构而具有良好的稳定性,无污染、环境友好、价格低廉。可广泛应用于建筑、陶瓷技术、催化剂制备、颜料合成、石油炼制、环保、塑料等各种工业领域。这对中国工业发展影响很大。同时,人们已经开始更加重视海泡石的创新应用和技术开发,加快优质海泡石产业链的建设

本文封面图片来自图片蠕虫的想法

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