标题凹凸棒土应用于BET比表面积分析方法

 凹凸棒土介绍

    凹凸棒土又称坡缕石（Palygouskite）或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状。在四面体条带间形成与链平行的通道，通道横断面约3.7*6.3A°。通道中充填沸石水和结晶水，见凹凸棒石粘土晶体结构图。

    凹凸棒石粘土是指以凹凸棒石（attapulgite ）为主要组分的一种粘土矿物。凹凸棒石为一种晶质水合镁铝硅酸盐矿物，具有独特的层链状结构特征，在其结构中存在晶格置换，帮晶体中含有不定量的Na+、Ca2+、Fe3+、Al3+，晶体呈针状，纤维状或纤维集合状。凹凸棒石具有独特的分散、耐高温、抗盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力。并具有一定的可塑性及粘结力，其理想的化学分子式为：Mg5Si8O20（OH）2（OH2）4•4H2O。具有介于链状结构和层状结构之间的中间结构。凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中，颜色呈白色，灰白色，青灰色，灰绿色或弱丝绢光泽。土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强。湿时具粘性和可塑性，干燥后收缩小，不大显裂纹，水浸泡崩散。悬浮液遇电介质不絮凝沉淀。

    凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状，通常为毛毯状或土状集合体。莫氏硬度2—3，加热到700～800°C，硬度>5。比重为2.05～2.32。

    由于凹凸棒石独特的晶体结构，使之具有许多特殊的物化及工艺性能。主要物化性能和工艺性能有：阳离子可交换性、吸水性、吸附脱色性，大的比表面积（9.6～36m2/g,使用北京金埃谱科技生产的全自动F-Sorb 2400比表面积仪BET方法测试）以及胶质价和膨胀容。这些物化性能与蒙脱石相似。凹凸棒石比表面积研究是非常重要的，凹凸棒石的比表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内已经被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。国内几家生产比表面积测定仪厂商中，只有北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积测试仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积测试仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。

凹凸棒土应用

工艺特性

　　凹凸棒石粘土具有阳离子可交换性，江苏盱眙等地各类凹凸棒石粘土可交换钙离子量为7.5～12.5mmol/100g，可交换镁离子量2.5～7.5mmol/100g。经活化处理后，可交换阳离子量明显提高。

　　吸附脱色性能，其脱色力和凹凸棒石含量有关，含量越高脱色力越强。

　　强吸水性和造浆性能等。

　　主要用途

　　由于凹凸棒石粘土具有的特殊的物理化学性质和工艺性能，使其在石油、化工、建材、造纸、医药、农业等方面得到广泛应用。国内目前用量最大的是涂料、钻井泥浆、食用油脱色。

　　各行业中的应用 

　　1、建材行业的应用

　　白云石凹凸棒石粘土作为涂料的填充剂、流平剂、增稠剂和稳定剂，其性能好，成本低，可代替传统的轻钙。凹凸棒石涂料的涂膜在电镜里观察，其晶体呈网状排列，均匀地分布在有机粘结剂中，所以涂膜耐洗擦。尤其是凹土在外力搅拌下分散性好，形成稳定的不被电解质破坏的悬浮液，使涂料不沉淀、不分层，与传统的106涂料相比较，具有多种优越性：涂刷性能好，不流挂，节约钛白粉的用量，还可作油漆的填料，墙板材料的填料，生产天花板墙壁板，其特点是：对水份接受、排放性能强，不膨胀不变形，粘结性能好，质轻韧性大，具有隔热保暖、吸声的作用，可防虫蛀，抗垂度强，能适应空气温度的变化，且不变形。 

　　2、轻工 

　　揉革，用凹土代替苏打揉革，可节约20－30％贵重红矾的用量，降低成本。揉制时间从6.2小时减少到4.2小时，揉出的革外观好，弹性强，丰富、柔软；也可作橡胶的填料，皮鞋底的填料，来增加除臭透气能力，用凹土作为香型塑料花，释放慢，保香时间长，成本低，柔软不易破裂，造型美观逼真。在造纸行业可作纸张加填和涂布颜料，主要用于凹版印刷，并可用于胶印、颜料、涂布纸和涂布纸板，目前造纸业正从酸式造纸向碱性造纸转化，随着中性施胶技术的推广，特别是涂布纸和纸板产量的增长，需求较大。 

　　3、农业、畜牧业、多种经营 

　　凹土粉作为混合饲料的添加剂，以其特有的物理性能，能促进动物机体的新陈代谢，提高饲料转化率，使动物食欲旺盛，皮毛丰润，增重快，出栏早，降低饲养成本。同时还具有优良的吸附性，能有效地吸除动物的大肠肝菌、肠道毒素，起到防疫治病、除虫杀菌的作用，并提供牲畜生长必要的微量元素；作为颗粒饲料的粘结剂，具有良好的粘结力，既降低了饲料生产成本，又可提高饲料的利用率，它能吸附鱼塘中的氨离子，防水质污染，防腐臭。由于其比重轻，沉降速度慢，延长鱼的食用时间，饲料利用率高，储存期延长，外观光滑；预混合饲料的生产技术要求较高，在国外被称为饲料的核心，凹土作为预混饲料载体可节约大量的粮食，还可保持维生素等不会失效，微量元素不散失；作为复合肥粘结剂，造粒成型率高，时间短，所造颗粒强度高，表面光洁度好，保肥时间长，因此这种粘结剂，能提高生产能力，减少电耗，还可以节约滑石粉、氯化铵等高价原料的用量；以凹凸棒石作为农药的悬浮剂和载体，生产特效农药，可延长药效，保质期长，并降低农药生产成本；作化肥厂制气的煤球粘结剂，粘结力强，强度高，成本低，造气率高，还可提高煤球固定碳含量，降低粉尘污染等。 

　　4、纺织

　　作为染料的悬浮剂填料，具有不掉色，着色力强，耐擦洗，色彩鲜艳，生产成本低等优点，还可作纺织行业的涂布刮浆。作印花糊料，在纺织印染行业中，活性染料常用的印花糊料为海藻酸钠。由于海藻酸钠粘度大，质量不稳定，应用中常出现沾网、拖带和错位而影响产品质量，凹土糊料可使印制产品得色深、色牢度强、质量优、并可显著降低印染成本。 

　　5、在地质勘探、海洋钻井中的应用 

　　胶体级凹凸棒石粘土经进一步进行物理化学加工，增加其造浆率，可制成符合OCMA和API标准的抗盐粘土，而应用于地质钻探、地热钻井、石油钻井，特别是在内陆含盐地层钻探、海洋钻井及超深钻探中，使用该产品作为泥浆材料，具有分散性好、造浆率高、密封性好、抗盐碱耐高温性能稳定、防止井塌、保护井壁、减少废井率等优点，并能降低钻井成本。 

　　6、脱色及水处理 

　　加工后的凹凸棒石粘土制品是较为理想的吸附剂、食品加工助剂和食品添加剂，可取代活性炭。它不仅能脱色，还可除臭除味，除重金属离子和致癌物质，还具有一定的选择性，这就为生产提供了便利，它可作冰箱除臭剂、污水处理剂、家用净水器、油脂精炼脱色剂，效果极为明显，在医药上可作药物的填料、载体、添加剂、粘结剂。使用凹凸棒石粘土对液体葡萄糖脱色可将由粉末活性炭净化的十二道工序减少到十道工序，工艺周期缩短50分钟，对发展生产十分有利。用凹凸棒石粘土净化的成品糖，其色泽、体态、浓度、还原糖含量、PH值、二氧化硫离子含量、氯根含量、蛋白质含量、熬糖温度以及钙镁离子含量等均达到现行行业标准，节约脱色处理费用60％左右，脱色后的滤饼可作混合饲料，减少了环境污染，达到综合利用。 

　　无论是在吸附过程中，还是在污水处理中，凹凸棒石粘土都可以再生，它耗能少，对环境保护非常有利。凹凸棒石粘土选择吸附能力大小的次序为：水＞醇＞酸＞醛＞正烯烃＞中性脂＞芳香烃＞环烷烃＞烷烃、直链烃＞环烷烃＞烷烃，直链烃比支链烃吸附得快，吸附选择性对油脂的脱色有重要的作用。在其它分离过程中也有较大的工业价值。

　　水净化的常规方法是经过絮凝、沉淀、过滤和化学处理，一般能有效地除去大多数污物和杀死大多数微生物，然而不能很有效地除去诸如激素、农药、病毒、毒素和重金属离子等类物质。这些有害物质仍留在水源中，给人造成危害。而凹凸棒石粘土可用接触或过滤技术处理水，可以消除这些有害物质。若使吸附污染物的凹土再生，可加热或以化学剂加以处理。因此，凹土在污水处理中的应用对保护生态环境、保证人类的健康，是非常必要的，且用量大范围广，符合社会发展人民生活水平提高的需要。 

　　在酿造工业中，用凹土来澄清葡萄酒、苹果酒、啤酒等酒类制品，可以除去酒中的各种残渣杂质，使酒质纯净。 

　　7、洗涤助剂方面 

　　替代合成洗衣粉及洗发精中的主要助洗剂三聚磷酸钠（STPP）。我国是人口大国，洗涤剂的年需要量在百万吨以上，其中助洗剂需求在30万吨以上。目前，助洗剂主要为三聚磷酸钠。由于三聚磷酸钠对环境的危害极大，西方国家已禁止使用，我国目前已在逐步限制其用量，而凹土具有较深的熬合钙、镁离子能力，是比较理想的洗涤助剂，加上其较低的价格，是三聚磷酸钠理想的替代产品。 

　　8、分子筛原料

　　分子筛选用钠、硅、铝含量比在一定范围内制得，其粒径2－10mm含水量1.5％堆积密度0.68以下，抗压强度＞5Kg/Cm2，在化工等行业具有广泛的应用。我国每年需4A分子筛120万吨，凹土选择吸附性比较强，可作为分子筛的重要原料，所占比例可在10％以上。 

　　9、干燥剂 

　　经精工制得的干燥剂，具有蜂窝状的无数孔隙，其表面积相当大。其吸湿率变化范围在23.38－－27.43％之间，远远超过国外干燥剂（吸湿率19％），且质量比较稳定。 

　　10、化妆品原料 

　　经精选后的凹土作化妆品的原料具有优良的平滑性、密合性和通气性，特别适合于粉底胭脂、扑粉、眉目、口红等化妆品。利用其多孔性将芳香性物质（香精、香料）浸渍在土中能制作香味稳定持续释放6个月以上的缓释芳香剂，在蚊香中使用粘土作填料，用量达10％－－50％，与其它材料配合可用作液体蚊香的吸液芯，使药剂在较低的加热温度下有足够的挥发量。 

　　11、塑料橡胶的填料

　　经提纯精加工后的凹土在这方面的使用量较大。我国塑料工业95年产量700万吨，至2000年塑料产量将达1600万吨。1995年全国塑料工业用非矿量约占总量的10％，主要用于编织袋、打包带、地板、塑料薄膜。具有防打滑防粘等作用。 

　　12、其它方面 

　　用于脱色：如黄凡士林的脱色，“8205”的脱色，纯化试验煤油沥清的脱色，动植物油脂的脱色，塑料发泡灵的脱色，食油中黄曲霉素的吸附。用于催化剂：用凹凸棒石作催化剂以制造二氨基苯甲烷和多甲基多苯胺齐聚物及二氯乙烷，重油加氢和已二氰的磷酸盐催化剂的载体也可用凹凸棒石。此外，在冶金行业上作为铸造型砂粘结剂、铁矿球团粘结剂及在太阳能利用方面、放射物质的处理、原子能工业、复印复写和印刷等等各行各业都能得以应用。

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