烷基銨在蒙脫石層間的吸附及其對蒙脫石-烷基銨結(jié)構(gòu)和凝膠性能的影響.pdf

1、通過長碳鏈（Nc>12）烷基季銨鹽在蒙脫石中插層吸附所制備的蒙脫石/烷基銨復合物，具有良好的凝膠性能和吸附性能，可作為高檔涂料、潤滑脂的流變性控制劑、有機和無機污染物的吸附劑、以及納米復合材料的前驅(qū)物等。因此，研究烷基銨在蒙脫石層間的吸附及其對蒙脫石/烷基銨復合物的結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，對于新型蒙脫石/烷基銨復合礦物材料的制備和應用具有重要作用。
　　本論文以提純蒙脫石為原料，對烷基銨在蒙脫石中的吸附特性、蒙脫石/烷基銨復合物的結(jié)

2、構(gòu)及凝膠性能的變化規(guī)律進行了系統(tǒng)地研究，闡明了烷基銨在蒙脫石中的吸附反應作用力及反應機理，以及蒙脫石/烷基銨復合物的結(jié)構(gòu)和凝膠性能的關(guān)系。
　　對長碳鏈烷基銨在蒙脫石層間吸附特性的研究表明，等溫吸附以Modified Langmuir模型擬合效果最好。十八烷基三甲基銨（OTA）與鈉蒙脫石有很強的親和力，用量較小時，吸附率接近100％；OTA的平衡濃度達到臨界膠束濃度（CMC）時，吸附曲線進入平臺階段，碳鏈長度和碳鏈數(shù)目不同的烷基銨

3、的吸附規(guī)律相似。當烷基銨的用量較高時，烷基銨在蒙脫石層間可呈現(xiàn)超量吸附的特點，飽和吸附量隨烷基銨碳鏈長度的增加而增大，隨碳鏈數(shù)目的增多而減小。十八烷基三甲基銨（OTA）、十六烷基三甲基銨（CTA）、十四烷基三甲基銨（TTA）及雙-十八烷基二甲基銨（ODA）的飽和吸附量分別達到了1.85CEC、1.81CEC、1.70CEC和1.64CEC，超量吸附85%、81%、70%和64%。
　　對烷基銨在蒙脫石層間吸附反應動力學的研究表明，

4、等溫吸附動力學行為符合二級反應動力學方程。烷基銨陽離子OTA的吸附經(jīng)歷了初期的快速吸附階段和之后的波動調(diào)整階段，吸附過程作用力不同，反應速率常數(shù)有較大差別。吸附熱力學研究結(jié)果顯示， OTA在蒙脫石層間的吸附為自發(fā)進行的放熱過程，吸附反應存在離子鍵力、范德華力、疏水鍵力、氫鍵力和偶極間力，熵增是促進吸附的另一驅(qū)動力。吸附量隨溫度升高而減小，通過改變溫度能夠控制烷基銨在蒙脫石上的吸附量。
　　采用XRD、FTIR、DTA、TG分析手段

5、，系統(tǒng)地研究了烷基銨的用量、碳鏈結(jié)構(gòu)、溫度、pH值、層電荷等因素對蒙脫石/烷基銨復合物結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。對于WF鈉基蒙脫石，當OTA的用量變化為0.5CEC~3.0CEC時，蒙脫石的層面間距發(fā)生相應的改變，烷基銨陽離子在蒙脫石中的排布演變模式為：單層平臥→雙層平臥→假三層排列→傾斜單層排列→膠束結(jié)構(gòu)。OTA用量的影響實際是通過層間 OTA吸附量的變化來實現(xiàn)的。FTIR研究表明，層間域內(nèi)有機陽離子的碳鏈隨烷基銨的用量和時間變化表現(xiàn)出從“似液

6、態(tài)”到“似固態(tài)”的構(gòu)型變化，有機陽離子的排布更加有序化。
　　對蒙脫石/烷基銨復合物凝膠性能的影響因素及變化規(guī)律的研究表明，改性工藝條件、烷基銨的結(jié)構(gòu)、蒙脫石的層電荷、烷基銨的吸附量和溶劑體系的性質(zhì)是影響復合物凝膠性能的主要因素。pH值的提高有利于烷基銨的吸附，堿性條件比酸性條件下容易形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，形成的凝膠粘度高。高層電荷的蒙脫石在水中的分散性差，影響了對烷基銨陽離子的吸附，但形成的插層復合物層間距更大，不能形成高粘度的凝膠。