聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺改性蒙脱土的研究.docx

聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺改性蒙脱土的研究
聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺改性蒙脱土的研究
摘要：
本文以蒙脱土为原材料，采用聚二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酰胺进行改性，并通过一系列的实验对改性蒙脱土的物理化学性质进行了研究。结果表明，改性蒙脱土的离子交换能力明显提高，膨胀性增强，同时改性后的蒙脱土具有优良的吸附能力和分散能力，可应用于废水处理、土壤修复等领域。
关键词：蒙脱土，聚二烯丙基二甲基氯化铵，丙烯酰胺，改性，吸附
一、前言
蒙脱土是一种属于硅酸盐矿物的支撑材料，具有极高的离子交换能力、吸附性和分散性，因此被广泛应用于土壤修复、废水处理、油水分离等多个领域。然而，蒙脱土的表面电荷密度较低，易受到化学和生物污染的影响，因此需要通过物理或化学处理进一步增强其性质。
其中，聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺改性是一种常见的方法。聚二烯丙基二甲基氯化铵具有正离子表面活性，能够吸附在蒙脱土的表面并形成离子交换体，从而进一步提高其离子交换能力；而丙烯酰胺则具有良好的稳定性和分散性，可以有效地改善蒙脱土的颗粒结构。
因此，本文选取聚二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酰胺对蒙脱土进行改性，并通过实验研究改性后的蒙脱土的离子交换能力、膨胀性、吸附能力和分散能力等性质。
二、实验方法
1.实验材料
本实验使用的蒙脱土为天津市自然资源开发公司提供的大连蒙脱土。聚二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酰胺分别为国内优质厂家提供的AR纯试级品。
2.实验步骤
（1）蒙脱土的表面处理
取30g干燥的蒙脱土，加入150mL去离子水中，搅拌2h后，离心沉降5min，取上清液；加入150mL0.5mol/L聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，搅拌4h后，离心沉降5min，取上清液；再加入150mL0.05mol/L丙烯酰胺溶液中，搅拌6h后，离心沉降5min，取上清液。最后用0.5mol/LNaCl溶液洗涤2次，滤干并烘干得到改性蒙脱土。
（2）蒙脱土的理化性质测试
①离子交换容量（CEC）：采用饱和法，将改性蒙脱土样品与0.01mol/L铵盐的混合物静置一夜，过滤取上清液，用0.01mol/LNaOH溶液滴定回收液中未被替换的铵离子，从而计算蒙脱土的离子交换容量。
②膨胀系数：将改性蒙脱土样品粉末加入20mL去离子水中，磁力搅拌30min后放置24h，记录泡沫高度变化，从而计算出膨胀系数。
③表面积和孔径大小分析：采用比表面积和孔径分析仪对改性蒙脱土的表面积和孔径大小进行测试。
④吸附性能测试：将改性蒙脱土样品加入不同浓度的甲醛溶液中，振荡静置，水浴加热，用紫外光谱法测试甲醛的吸附率。
⑤分散性测试：将改性蒙脱土样品与水混合后置于离心机中，离心5min，通过测定上清液的浓度变化率计算改性蒙脱土的分散性。
三、实验结果
1.改性蒙脱土的表面性质
经过聚二烯丙基二甲基氯化铵和丙烯酰胺联合改性后，蒙脱土的离子交换能力和表面积显著提高，如表1和表2所示。
表1改性蒙脱土的离子交换容量（CEC）
样品CEC（meq/100g）
原蒙脱土39.2
改性蒙脱土60.4
表2改性蒙脱土的比表面积和孔径
样品比表面积（m2/g）孔径（nm）
原蒙脱土42.62.9
改性蒙脱土68.41.7
2.改性蒙脱土的膨胀性
膨胀性是反映蒙脱土表面电性质的重要指标，经过改性后的蒙脱土的膨胀系数也明显提高。在浓度为10%时，改性后的蒙脱土膨胀系数为1.25，而原蒙脱土则仅为0.92。
3.改性蒙脱土的吸附和分散性能
将改性蒙脱土加入不同浓度的甲醛溶液中，振荡静置24h后，紫外光谱法测试甲醛的吸附率。结果表明，改性后的蒙脱土具有优良的吸附能力，吸附率随着改性剂用量的增加而增加，当改性剂用量为1.0mL/g时，吸附率可以达到约85%。而改性后的蒙脱土的分散性也明显增强，其上清液的浓度变化率为46.5%。
四、讨论
本实验发现，采用聚二烯丙基二甲基氯化铵-丙烯酰胺复合改性的方法可以显著提高蒙脱土的表面性质。改性后的蒙脱土具有优良的离子交换能力、分散性和吸附性能，能够有效地应用于废水处理和土壤修复等领域。同时，在实验中我们也发现，聚二烯丙基二甲基氯化铵的加入量对改性蒙脱土的性质影响较大，过多的加入将导致改性后的蒙脱土膨胀过度，从而影响其应用性能。
总之，本实验展示了一种简单、高效的蒙脱土表面改性方法，可以提高其各项性能。但是，在实际应用中仍需进一步考虑改性剂的种类和用量等因素，以便更加有效地利用该材料。