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粘土含量和粘土改性对木薯淀粉高岭土复合膜性能的影响

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文章历史：2011年8月25日收到

2011年11月24日收到修改稿

2011年11月30日接受

2011年12月9日可在线阅读

关键词：综合高岭石淀粉玻璃化转变透明度吸水

摘要：高岭石含量影响范围在玻璃化转变增塑淀粉基质和分解温度，水分吸收，透明度和紫外可见光阻挡被报告出来。当预先用二甲基亚砜插层时该复合体内的高岭石粘土剥落被增强。二甲基亚砜插层高岭土带来的优点为在聚合物基质中的粘土分散液的透明性和水分的吸收。当二甲基亚砜插层高岭土被使用且粘土负载在2％~6％时，膜的透明性得以较好的保存，从而导致了紫外线光传输的显著减少。

1.引言：本研究对可生物降解的聚合物材料有着极大的兴趣。目前已有广泛的对天然聚合物的研究如蛋白，玉米醇溶蛋白，木质素，纤维素，壳多糖和淀粉。在这些里面，淀粉是最让人特别感兴趣的，它是一种可再生的，容易获得，且成本相对较低的原材料。经过适当的处理，淀粉以及其他的生物大分子可用于各种应用，例如粘合剂，造纸，纺织品，生物医学，热固性树脂，泡沫和薄膜。在包装应用领域，塑化淀粉可以帮助处理与化石有关的包装废弃物。然而，水敏性，脆性和灵敏度的各种机械性能，以各种条件阻碍了其扩展应用，并证明了需要不断的改进淀粉膜的性能。这些改进可以通过对各种方式进行探索，例如混合其他聚合物（主要是合成的）。

由于其高纵横比和其纳米级厚度的片状结构，粘土被广泛地用作聚合物复合材料的填料。聚合物基体内含有少量的分散性较好的粘土可提高聚合物填料交互的表面积(Ray & Bousmina, 2005)。聚合物填料的相互作用也会增强，因为粘土通过氢键、络合作用或静电相互作用

产生表面反应活性。

对于大多数的聚合物- 粘土复合材料，2:1粘土，如蒙脱石、合成锂皂石和

锂蒙脱石的研究，它们通常作为增强相，由于它们可以被剥离，这导致它们在基体中会形成最佳分布(Avella et al., 2005; Chen & Evans, 2005; Park, Lee, Park, Cho, & Ha, 2003; Park, Misra, Drzal, & Mohanty, 2004; Wilhelm, Sierakowski, Souza, & Wypych, 2003a)。弱扩展粘土，如高岭石、丰富和无处不在1:1的粘土却很少使用(Carvalho, Curvelo, & Agnelli, 2001; Chen&Evans, 2005; Wilhelm, Sierakowski, Souza,&Wypych, 2003b)。迄今，粘土掺入淀粉基材料的许多优点已被证实。Park 等人(2002，2003）表明，对于5％粘土含量的马铃薯淀粉蒙脱土复合材料其断裂伸长率、拉伸强度、热分解温度会显著增加，而水蒸气的扩散会降低。Wilhelm 等人（2003年）表明，添加50％的锂蒙脱石会使卡拉淀粉复合材料的耐压缩性增加70%，但是，同时，伸长率减少50％。2005年，Avella等人，通过迁移测试研究了淀粉蒙脱石薄膜的性能，结果表明根据欧洲法规对可生物降解包装的要求，该薄膜可以成功的使用。在所有情况下，无论所使用的粘土的类型，其在聚合物基质中的存在被证明可显著影响聚合物的性质。

我们研究兴趣是使用丰富和低成本的材料：木薯淀粉和高岭石粘土，来生产复合材料。为此，研究复合材料的物理和化学性质，以及对决定结果的交互作用的理解是本文所感兴趣的。确定观察到感兴趣的属性点。聚合物材料的性质是由聚合物链之间的相互作用决定的。在淀粉质类材料的情况下，柔性膜是通过生淀粉内的链- 链相互作用的减少而获得，这是由于加入了增塑剂。增塑剂和聚合物链之间的低能量相互作用允许链在彼此之上轻易的滑动，这会提高适当的粘弹性，作为作塑料材料使用。在本文工作中，我们使用甘油作为增塑剂，因为它是一种有效的和无毒的增塑剂。另外一个影响复合材料的重要因素是填料的分散程度(Okamoto, 2005)。蒙脱石，通常用于聚合物- 粘土复合材料，它很容易分散，因为粘土片具有高的电荷会产生静电斥力，而高岭土相不同，其中粘土薄片之间的相互作用是强氢键。为了增强高岭土在复合材料中的分散程度，在高岭土中插入非质子极性分子，如二甲基亚砜（DMSO），是一个简单的弱化粘土板相互作用的方法。

在聚合物材料的重要属性中，玻璃化转变温度(Tg)是人们非常感兴趣的，它决定了该材料的使用和储存条件(Lourdin, Coignard, Bizot, & Colonna, 1997)。因此，我们重点放在评估粘土含量对复合淀粉膜Tg的影响。聚合材料的另一个重要方面

是分解行为; 我们研究了粘土含量对淀粉基质降解的影响。为了进一步探讨的粘土含量的影响，我们还研究了吸水（WU）和复合膜的紫外光阻隔性能。

2.材料2

2.1.粘土材料

在喀麦隆西部地区收集了富含高岭石的粘土，其矿物组成如下：76.5％的高岭石; 10.4％伊利石; 3.4％的TiO 2，2％的氧化铁，4％的SiO 2。高岭土矿床位于的糜棱悬崖底部。该高岭土的成因已被Njoya等(2006)确立为水热过程的结果。本研究中使用的样本是来自岩浆侵入储备的沙壤。其馏分小于40微米，标记为K3，通过湿筛收集。使用Gardolinski, Carrera和Wypych (2000)等人的改编方法制备DMSO 夹层高岭石（标记为K3D）。夹层的有效性可通过X射线衍射检查和傅里叶变换红外光谱进行检测。

2.2. 木薯淀粉

木薯淀粉是从喀麦隆生产的木薯块茎中通过水萃取得到的。淀粉是手动研磨的，且在100微米的水平进行筛选。筛选过的淀粉储存在室温下的高密度聚乙烯瓶中。淀粉被干燥至恒重，其在105摄氏度下的水分含量测定为14%。在550摄氏度温度下的马弗炉中点火测定的淀粉的灰分含量为0.3%。配置法测定的水结合能力（d.b）为93%。我们使用元素CHNS分析器卡尔埃尔巴1108测定了碳、氢和氮的各自含量，分别为39.06%、7.53%和0.05%。氮含量很低，表明蛋白原料较少。

3. 膜制备

制备方法改编自Godbillot、Dole、Joly、Roge和Mathlouthi (2006)；Laohakunjit 和Noomhorm (2004); 以及Zeppa、Gouanve和Espuche (2009)所使用的方法。在含有30%（质量比）甘油的5%淀粉水悬浮液中，添加了不同量的粘土（原材料或DMSO 夹层）。随后将悬浮液在80摄氏度的温度下进行热混合，然后放置在空气中进行干燥。干燥以后，将膜储存在室温环境下的低密度聚乙烯袋中。高岭石的添加量用其在淀粉质量中的重量百分比表示。

4. 特性描述

4.1. X-射线分析

我们使用Bruker公司生产的带有钴钾离子辐射的D8衍射仪记录了X射线的衍射模式，该衍射仪的运行电压和电流分别为35千伏和45毫安。在扫描速度为1度每分钟的1.5度至32度范围之间获得衍射图案。布拉格定律给出了层状硅酸盐的层间距（d）：λ=2dsinθ，其中θ为衍射角，λ为波长。

4.2. 傅里叶变换红外（FTIR）光谱

使用Bruker傅里叶变换干涉仪IFS 55在漫反射模式下记录红外光谱。光谱记录通过200次扫描叠加完成，其范围为4000cm?1到600cm?1分辨率为4 cm?1。分析前，粉状粘土或淀粉（约10毫克）通过与70mg烘干后的KBr混合手工研磨的方式获得

4.3.动态机械热分析（DMTA）

使用Rheometric科学版DMTA V设备完成DMTA测试。所使用的矩形样本尺寸为13mm×30mm ，平均厚度为20μm。所施加的形变在10 Hz 下为0.01% ，温度范围为?100 ?C to 90?C ，温升速率为5 ?Cmin?1。

4.4. 热分析（DSC）

差示扫描量热(DSC)是通过Perkin Elmer DSC Pyris 1设备来完成的。将大约

10mg的样本放入在铝盘中并密封，该过程在常温下进行，用冰作为冷却源。将试样以4 ?Cmin?1温升速率从25 ?C 加热到150 ?C。

图1

图2

4.5. 光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）

使用Eclipse LV100波尔尼康显微镜在暗场模式下进行光学测量。通过使用YAG（钇铝石榴石）反向散射的二次电子检测器，在日立S-4800设备上完成。

4.6. 水摄入

水摄入量在100%和50%的相对湿度(RH)下测量完成。对于相对湿度的控制，我们分别在密闭容器中，使用去离子水(18.2MΩcm?1)和28.15％的氢氧化钠溶液来实现100%和50%的相对湿度。测量之前,薄膜片先在60°C的烤箱中烘干至重量不变（4小时），再放置于容器内的RH大气条件。在预期的时间间隔，将薄膜取出，并精确称重至±0.1毫克。吸水率计算如下：

其中m o是膜样品的初始质量，m x是在给定相对湿度条件下平衡后的质量。WU 在24小时后测量，改时间长度能使水吸收到达饱和。测定均重复进行，取平均值作为结果。计算出的WU的最大偏差为0.009。

4.7. 透明度

薄膜透明度的测量是依据紫外- 可见吸收原理在Shimadzu UV 2101 PC 设备上完成的。薄膜的透射光谱被记录在平均厚度为19μm的薄膜上。

填料的紫外线透射阻挡效应计算如下(Sanchez-Garcia, Hilliou, & Lagaron, 2010):

其中%Tp 和%Tc 分别指的是纯净的淀粉膜和复合膜的透射百分比；mf是粘土相对于淀粉质的百分比。

阻断效应分别在UV-B，UV-A和可见光区下计算，波长分别为300 nm，350nm 和750 nm。

5. 结果和讨论

5.1. 复合膜内的高岭石分布

图1和图2显示了光学和SEM显微照片。从SEM显微图中我们可以明显看到，膜制备过程中，淀粉颗粒被完全破坏了。SEM显微照片和光学显微照片都显示出

了均匀的表明，这与膜的均匀性和粘土颗粒分布的质量有关。很明显，在光学显微照片中，经过DMSO处理的高岭石颗粒比原料粘土的颗粒更小。然而，在负载约为10%时，我们观察到粘土的大小增加了，这表明粘土处于凝固阶段。在聚合物基质中，DMSO高岭石比原料粘土分散更好。

5.2. DMSO夹层

原料高岭石的X射线衍射图案在7.19A?时呈现了特征峰（图3）。DMSO处理导致该峰值从7.19 ?A完全转换到11.26A?，与层间空间中的DMSO分子的单层夹层一一对应（Olejnik、Aylmore、Posner和Quirk, 1968）。相反，伊利石阶段并未被DMSO分子进行分层，因为特征峰仍然维持在10.07 ?A 水平。

图3

纳入淀粉膜中的原料高岭石仍然在7.19A?呈现了特征基底距离（图4a），这表明伪晶体被保留了。然而，当纳入到淀粉膜中时，DMSO夹层高岭石几乎完全扭曲了，因为7.19 ?A峰值和11.26 ?A峰值均消失了（图4b）。这表明，当使用了DMSO夹层高岭石时，淀粉基质内的粘土分散现象更明显了。我们使用了谢瑞方程计算膜中高岭石的厚度，从d002峰值（3.58A?）开始，分别给出了原料高岭石和夹层高岭石的值203 ?A和值120A?，这进一步确认了夹层高岭石的分散性更好。经过DMSO处理过的高岭石会导致复合膜内的高岭石几乎完全剥离。

图4

5.3.粘土和淀粉的相互作用

以原料高岭石作为填充料时，与淀粉分别结合的混合模式O-H和C-OH，朝着更高的波长变化了，其结合点分别为995.1cm?1 和1103.1cm?1（图5a和5b）。这些变化是由于粘土和淀粉通过氢键相互作用的结果，粘土和淀粉间的相互作用比淀粉内部链-链相互作用更弱。在2888.8cm?1 处的淀粉链的碳骨架中的伸缩模

式也受到了类似影响（图5c），这进一步确认了淀粉内部链-链相互作用的弱化。含有DMSO夹层高岭石的膜中的波长变化比含有原料高岭石的膜中的波长变化更大，这表明高岭石和淀粉之间相互作用的增强是由于夹层高岭石的更佳的分散性造成的。这一观察结果也与X射线的观察结果一致。

图5

图6

5.4. 高岭石对聚合物材料的玻璃化转变温度的影响

图6展示了不同复合膜的弹性模量和正切损耗角变化。在正切损耗角为最大值时，加入玻璃化转变（Tg）。正切损耗角曲线显示了-58摄氏度至-60摄氏度之间的二次转变，且这一转变与甘油的变化有关，如Fama、Flores、Gerschenson 和Goyanes (2006) 以及Forssell、Mikkila、Moates和Parker (1997)的研究所展示的那样。独特的玻璃化转变峰值（所有样品中的变化均在35摄氏度至53摄氏度之间发生）的存在和弹性模量的常规变化显示了复合膜之间良好的同质性。添加粘土之后（图7），当粘土含量增加且超过粘土10%以上之时，Tg值降低了。

图7

与原料高岭石相比，添加DMSO夹层高岭石会导致Tg值更低。在玻璃化转变时，聚合物链可彼此滑动，Tg值降低，这表明高岭石有助于聚合物链的滑动。因此，由于粘土的添加会降低Tg，这一事实构成了塑化效果的证据。塑化效果是与FTIR 的观察结果一致的，它会削弱淀粉的链-链相互作用。添加粘土时聚合物链-链相互作用的减弱首先可归因于粘土/甘油相互作用导致的淀粉/甘油混溶性的增强，其次可归因于聚合物链的取向，因为粘土的存在有助于降低链-链相互作用。FTIR 中CH拉伸模式的修改与淀粉链的取向和OH朝淀粉甘油混溶性的增加有关。不考虑粘土的作用机理，由于夹层粘土比原料粘土更能降低Tg的值，我们总结道，粘土颗粒越小，分散性越好，它们将能呈现更好的塑化效果。这一观察结果与X射线分析相关，表明DMSO夹层高岭石的分散性更强。由于添加粘土时Tg值的降低是有限制的，我们推断复合膜内具有最大的粘土含量。

此外，粘土成分更高时，有助于粘土凝结的立体效应可能会出现，并会导致粗颗粒的出现，而不是有助于链取向或淀粉/甘油混溶性，这些可能会阻碍它们。对于本研究中所采用的制备条件，粘土成分对Tg值降低产生了最大影响，其含量范围为5%至10%之间。

5.5.分解温度

图8给出了木淀粉膜的DSC扫描图（a）和分解温度随粘土含量的变化（b）。没有发现淀粉情况下的常出现的玻璃化转变(Roz, Carvalho, Gandini, & Curvelo, 2006)。

图8

淀粉基的热解温度在含粘土时升高，这是由于粘土的屏障效应，限制了淀粉基体内的热扩散。原料高岭石会使热解温度进一步升高，这是由淀粉基内的粘土颗粒引起的。对于夹层高岭石而言，2%和5%的含量引起的效果并不显著，而对于原料高岭石而言，这个含量已经产生了显著影响。高岭石含量在5%到10%时，效果随含量增加，含量超过10%时，效果趋于稳定。似乎当粘土含量超过10%后，效果并不会增强。DMSO高岭石的较弱效果与较小的粘土颗粒相一致，如XRD和更

高的O-H和C-H光谱弯曲变化所示。10%最大含量的关系通过DMTA分析得到，原料高岭石对淀粉基体的屏障效果更为显著

图9

5.6.水摄入

24小时后（图9）50%和100%相对湿度状态下水摄入量随着相对湿度的增加而增加，如先前报道所示(Godbillot et al., 2006; Lourdin et al., 1997; Talja, Yrjo

Helen, Roos, & Jouppila, 2007; Zeppa et al., 2009). 由于所有薄膜中甘油含量不变，所以观察到的差异是由于粘土含量和分散状态引起的。因此，在相对湿度为100%时，含有DMSO 高岭石夹层的薄膜展现出更高的水摄入含量，这与粘土的分散程度有关，产生微粒引起聚合物链流动性的增加。这链的流动性增加表示氢键相对较弱，这是由于吸收了水分而引起的氢键破坏(Talja et al., 2007)。这种淀粉和填料之间氢键的破坏更容易出现在交界面处，此处水会发生凝聚。因为高岭石夹层是比原料高岭石分散得更好，所以夹层高岭石粘土对薄膜的水摄入量影响更为显著。

在较低的相对湿度（50%），粘土与聚合物的相互作用是引起聚合物薄膜吸水性受到限制的原因。使用DMSO-高岭石导致对水的吸收受到进一步的阻隔，这是由于淀粉基体中存在较细的粘土颗粒，使得粘土和淀粉之间的相互作用加强，因此剩下更少的自由羟基与水结合。细粘土颗粒在淀粉基体中较好的分布也使水在聚合物中的扩散通道变得更曲折。

水摄入结果进步证实了DMSO高岭的石分布更好，这会增强水摄入的阻碍效果。

5.7.透明度

薄膜的透明性是通过300nm和800nm之间的透光率测量评价的。该测量的目的是为了进一步分析该粘土分散程度，并收集于粘土对UV光阻挡效果的信息。众所周知，比可见光波长长的粒子会阻碍光。图10中，我们给出了薄膜的外观，图11给出了薄膜的紫外可见光谱。0％粘土含量的薄膜具有最高的透光率。

当淀粉基体中添加了粘土时，透射率会减小，这与观察到样品照片的颜色加深相一致（图10）。含有DMSO夹层高岭石的薄膜的透射率比含有原料高岭石薄膜的透射率高，这进一步证明了DMSO高岭石具有较好的分布性，使得淀粉基体中的颗粒尺寸较小。在粘土含量2%时，似乎存在一个相反的变化，因为含有原料高岭石的薄膜似乎更透明。这个现象与淀粉基体中粘土的分布有关，当原料高岭石含量低时，这种效果可能不明显。在含量较低时，与细颗粒的分布较好的DMSO高岭石相比，大颗粒的分布较差的原料高岭石会更透明。

图10

图11

图12给出了屏蔽效果作为粘土含量的函数。由图12可知，粘土含量从5%增加到10%时，紫外线透射率显著减小，然而透明度却很高（图11）。UV-A 和UV-B 也会减少，UV-B减小的相对较少。

使用DMSO夹层高岭石对保护透明性有利，甚至有良好的阻隔紫外线能力。

图12

6.结论

在这项研究中，对高岭石含量对木薯淀粉薄膜性能的影响进行了研究。使用DMSO夹层高岭石对粘土的扩散和分布是有利的，这会增强粘土含量对薄膜性能的影响。动态机械热分析(DMTA)显示，当粘土含量达到10%时，玻璃化的转变温度（Tg）会降低。通过减少聚合物链之间的相互作用，促进它们的流动性，粘土有增塑剂的作用。使用DMSO夹层高岭石会使Tg变得更低，这是由于它对链-链相互作用的强干扰导致的。从差示扫描量热法(DSC）可知，淀粉基体的热解温度会

随粘土含量增加而增加，粘土含量上限为10%。

此外，薄膜在100%和50%的相对湿度下水摄入量（WU）的结果表明，在低相对湿度下，粘土含量对WU起到阻碍作用，然而高相对湿度下，对聚合物薄膜的WU起到促进作用。

添加夹层高岭石的薄膜的透明性降低值相对较少，当粘土含量在2%到6%时，具有显著紫外光阻隔效果，同时会保持透明度。

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改性粘土对天然橡胶复合材料的结构和性能影响

改性粘土对天然橡胶复合材料的结构和性能影响作者：沈鑫远，李祖明，华建坤，李保卫，曾涛， SHEN Xin-yuan， LI Zu-ming， HUA Jian-kun， LI Bao-wei， ZENG Tao 作者单位：国家橡胶及乳胶制品质量监督检验中心,云南,景洪,666100 刊名：江西科学英文刊名：JIANGXI SCIENCE 年，卷(期)：2011，29(1) 被引用次数：0次相似文献(4条) 1.期刊论文陈美.敖宁建.陈鹰.余和平.钱红莲.王晨.周慧玲.屈菊兰.郭成坤改性粘土对天然橡胶/粘土复合材料抗氧老化性能的影响-热带作物学报2001,22(3) 采用高分子包复剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂,并结合使用抗氧剂对粘土进行改性处理,制备相应的粘土胶进行热氧老化、光氧老化及臭氧老化性能测试.结果表明,高分子包复剂、抗氧剂及偶联剂产生协同作用,大大提高了粘土胶抗热氧老化及光氧老化性能,而新型胺类防老剂与钛酸酯偶联剂共同使用,可使粘土胶抗臭氧老化性能提高50%. 2.会议论文敖宁建.陈美天然橡胶／改性粘土复合材料结构与性能研究1998 3.期刊论文敖宁建.陈美.周慧玲.王晨.钱红莲.王少雄天然橡胶/改性粘土复合材料结构与性能研究-电子显微学报1998,17(5) 为提高非碳黑填料对橡胶等高分子材料的补强作用,人们研究了多种的填料改性方法,包括偶联剂、分散剂及其它化学、物理改性[1-2].本工作采用还原剂、强酸、热处理等对二种不同粘土进行化学改性并进行结构研究,再制备粘土胶复合材料,测定其硫化胶的物理力学性能和结构. 4.学位论文戈明亮固相法改性粘土及其在聚合物中的应用研究2008 近年来聚合物/粘土纳米复合材料因表现出许多优异的性能已引起了人们的极大的兴趣。粘土具有纳米片层的结构,当它们以单个的片层均匀分散于聚合物基体中,或使聚合物分子链插入粘土层间,所得的纳米复合材料的性能可获得显著的提高,甚至出现许多新的性能。通过插层方法已经成功制备了许多聚合物/粘土纳米复合材料。为了增加粘土与聚合物之间的相容性,一般需要对粘土进行有机改性,使其由亲水变为亲油,最常用的插层改性剂是含长链烷基的季铵盐。当前大部分研究者对粘土的插层改性是在液相中(例如水、乙醇等)进行的,这种液相法存在许多缺点,例如工艺过程繁琐,耗时长,效率低,成本高,而且对环境造成一定的污染。本文采用固相法对粘土进行插层改性,制备出有机粘土。此法不采用水、乙醇等其他溶剂,而是在固态下直接对粘土进行改性,因此省去了后续的过滤、洗涤、干燥、粉碎、过筛等工艺过程,缩短工艺时间,提高改性效率,减少环境污染,降低成本,克服了液相法改性的缺点。用烷基季铵盐和季鳞盐插层剂对钠基蒙脱土进行有机化处理,使其成为有机蒙脱土。X-射线衍射(XRD)和傅立叶转换红外光谱(FTIR)表明插层剂已成功进入到粘土的层间,导致层间距扩大。将固相法改性的有机粘土应用于PP、PVC和NR,XRD和透射电镜(TEM)研究表明,PP、PVC和NR的大分子链可以插层到有机蒙脱土片层之中,形成了纳米复合材料。通过XRD,FTIR、差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、TEM、橡胶加工分析仪(RPA)和动态力学分析(DMA)等现代测试手段以及力学性能测试研究了聚合物/粘土纳米复合材料的结构形态和性能。季铵盐改性的有机粘土B没有改变PP的晶型,而插层剂季鳞盐改性的有机粘土C使PP产生约10％左右的γ晶型。分别用修正Avrami方程的Jeziorny法、Ozawa法和Mo法研究PP/粘土复活材料的非等温结晶行为,结果表明,用Jeziorny法和Mo法处理非等温结晶过程比较理想,而用Ozawa法处理则不太适用。有机粘土的加入提高了聚丙烯的结晶温度和结晶速度,结晶指数n增加,对结晶常数Zc影响不大；有机粘土对PP的结晶具有异相成核的作用；钠基粘土导致结晶活化能增加,而有机粘土降低PP的结晶活化能。PP/粘土纳米复合材料的玻璃化转变温度高于纯PP。粘土的加入降低了PP的表观剪切粘度、动态粘度,改善了材料的加工性能,有机粘土降低的幅度大于钠基粘土；有机粘土的加入改善了聚丙烯的综合力学性能。此外有机粘土可以略为降低PP的最大热释放速率(pHRR)值。用KH-550处理过的有机粘土对PVC力学性能的提高幅度明显的大于用KH-560处理过的有机粘土。有机粘土C导致PVC的玻璃化转变温度略有升高,而偶联剂用量对PVC/粘土纳米复合材料的玻璃化转变温度没有明显影响。有机粘土C对PVC的热稳定性没有明显影响,偶联剂对PVC的热稳定性有一定的提高作用,降低了PVC的热分解速度,导致分解温度区间变大,但有机粘土C和偶联剂的加入降低了PVC的降解表观活化能。 NR在和有机粘土混炼时,有部分的NR分子进入到粘土的层间,发生插层行为,而在硫化过程中,随着时间的延长,粘土的层间距不断增大,直至硫化结束,最终形成NR/粘土纳米复合材料。未改性的粘土对天然橡胶的硫化性能影响不明显,有机粘土可以明显缩短天然橡胶的焦烧时间和正硫化时间。不同的粘土对NR的粘性模量和损耗因子影响不大,但对弹性模量有一定的影响。有机粘土降低NR的热降解表观活化能,偶联剂的加入提高了NR的热降解表观活化能。有机粘土降低了NR的滚动阻力和抗湿滑性能；提高了NR的玻璃化转变温度；有机粘土改善了NR的综合力学性能,在大部分的情况下,含有偶联剂体系的静态力学性能好于不含偶联剂体系的静态力学性能；100℃、72h热老化后,有机粘土对NR的力学性能保持效果优于未改性的粘土。本文链接：https://www.doczj.com/doc/d3393853.html,/Periodical_jxkx201101016.aspx 授权使用：西双版纳州综合技术检测中心(xsbnzzhjsjczx)，授权号：85b40586-7a0b-4931-a5d1-9ef500ba39c4 下载时间：2011年6月1日

黏土矿物有机硅烷改性研究进展

第39卷第1期2019年2月矿产保护与利用 CONSERVATION AND UTILIZATION OF MINERAL RESOURCES Vol.39, .1 Feb.2019黏土矿物有机硅烷改性研究进展* 苏琳娜 (深圳职业技术学院应用化学与生物技术学院,广东深圳518055) 摘要:黏土矿物由于具有独特的层状纳米结构特性,在基础研究和实际应用中引起人们普遍的关注三但黏土矿物的亲水性表面使其对材料性能的提升产生限制,因此采用有机硅烷对黏土矿物进行表面改性是改善黏土矿物表面性质的有效方法之一三经过有机硅烷改性的黏土矿物既具有黏土矿物特有的尺寸稳定性二吸附性和阻隔性等性能,又具有硅烷分子多种功能基团的反应活性,在聚合物纳米复合材料二载体材料和环境材料等领域具有广阔的应用前景,已成为近年来矿物学和材料科学的研究热点之一三综述了不同类型黏土矿物有机硅烷改性的研究进展,讨论了黏土矿物类型二有机硅烷种类和反应条件对改性黏土矿物结构的影响,同时对黏土矿物有机硅烷改性未来主要研究方向进行展望三关键词:黏土矿物;蒙脱石;高岭石;有机硅烷;改性中图分类号:TD985 文献标识码:A 文章编号:1001-0076(2019)01-0124-07 DOI：10.13779/https://www.doczj.com/doc/d3393853.html,ki.issn1001-0076.2019.01.023 Research Progress in Organosilane Modification of Clay Minerals SU Linna (School of Applied Chemistry and Biological Technology,Shenzhen Polytechnic,Shenzhen518055,China) Abstract：Clay minerals have attracted considerable attention in basic research and practical appli- cations due to their unique layered nanostructure.However,the hydrophilic surface of clay minerals makes it difficult to improve the properties and limits the application of materials.Therefore,the sur- face modification with organosilane is one of the effective methods to improve the surface properties of clay minerals.The clay minerals modified by organosilane possess dimensional stability,adsorptivity and barrier properties of clay minerals,and high reactivity of various functional groups in organosi- lane molecules.Therefore,the modified clay minerals have wide applications in materials science, environmental engineering and carrier materials.Accordingly,they have attracted much attention in mineralogy and material science in recent years.This paper reviewed the research progress in or- ganosilane modification of clay minerals with different types.The influence of clay mineral type,or- ganiosilane species and reaction conditions on the structure of modified clay minerals was discussed, and the main research directions of organosilane modification of clay minerals were prospected. Key words：clay minerals;montmorillonite;kaolinite;organosilane;modification 引言在众多无机纳米粒子中,由于黏土矿物具有独特的天然纳米片层结构,其以纳米单元体分散在聚合物中,可以显著提高复合材料的热学性能二力学性能和阻隔性等’1-6]三但是黏土矿物的表面呈现亲水 *收稿日期:2018-06-28 基金项目:深圳职业技术学院科研基金(6017-22K210169991) 作者简介:苏琳娜(1984-),女,福建三明人,博士,讲师,主要从事矿物材料与矿物表-界面反应性研究,E-mail：sln0598＠https://www.doczj.com/doc/d3393853.html,三万方数据

粘土矿物对储层物性的影响_李娟

中国西部科技
２０１１年０８月（上旬）第１０卷第２２期总第２５５期
粘土矿物对储层物性的影响
李娟于斌
（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川成都６１００５９）摘要：依据化学成分的不同，可将粘土矿物分为五类，高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂石混层。粘土矿物的类型、含量、产状和物理性质对储层的物性有较大的影响，粘土矿物含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越差；粘土矿物的产状与油气层的渗透率有密切联系，其中搭桥式对储层的渗透率影响最大；粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感性，也严重影响着储层物性。关键词：粘土矿物；孔隙度；渗透率；含量；产状ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２２．００４１引言中的绿泥石富含镁、铁，具有较强的酸敏性。伊利石－蒙皂石混层和绿泥石－蒙皂石混层以薄膜式贴附在砂岩颗粒表面，分别具有两种矿物的性质，具有较高的膨胀性。３粘土矿物成岩作用粘土矿物的演化对储层研究有重要意义，它既可以充
在砂岩储层中粘土矿物的组成、含量、产状和分布特征直接影响到对砂岩储层的评价，它与油层储层敏感性密切相关，粘土矿物分布的广泛性和特有的物理化学性质，使它与石油地质和油气田的开发诸多发面联系起来。不同类型的粘土矿物与砂岩的渗透率有不同的相关关系，同一种粘土矿物形态和产状的不同与渗透率相关性也有差异，基于粘土矿物的重要性及复杂性对其做深入的了解。２粘土矿物的类型与物理性质根据化学成分的不同，可将粘土矿物划分为五种类型：高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂石混层。高岭石在砂岩孔隙中常以书页状、蠕虫状等各种形态的集合体形式存在，高岭石具有颗粒大、对砂岩颗粒的附着力弱两大特征。蒙皂石常以薄膜式贴附在碎屑颗粒表面，具有较大的比表面积，在岩层中的存在形态有多种，有时呈现出波状、褶皱层状等，蒙皂石是膨胀性很强的粘土矿物。伊利石是砂岩中最常见的粘土矿物，在地质剖面上从上至下均有分布，但存在形态有变化，在较浅的砂岩中呈鳞片状贴附在砂岩颗粒表面；在深部，伊利石呈毛发状、纤维状或条片状呈搭桥式生长［１］，把砂岩中可流动的粒间孔隙变为微细束缚孔隙，它常常是我国低渗透－特低渗透砂岩储层及致密非储集砂岩粘土矿物的主要特征之一。伊利石膨胀性介于高岭石与蒙皂石之间。绿泥石常见于较深的地层中，存在形态有板状，柳叶状，集合体状等，油层
［２］
填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可以通过影响储层敏感性降低储层的渗透率。粘土矿物纵向上演化具有一定的规律性，随着埋藏深度和温度的增加，砂岩中的蒙皂石要向伊利石或绿泥石转化，同时伊利石的结晶程度随着埋藏深度的增加而变好。油气对砂岩粘土矿物的成岩作用的影响。油气进入储层以后抑制自生粘土矿物的进一步演化，如英国北海盆地侏罗系Ｂｒｅｎｔ砂岩，在油水界面之上的砂岩只含高岭石，很少含伊利石，而在油水界面之下的砂岩则以含伊利石为主，而且有证据证明伊利石呈高岭石假象，其是成岩过程中高岭石与孔隙水不断发生反应的结果。因此，油层粘土矿物的演化程度可以用来推断油气进入储层的时间［３］。孔隙水流动特征影响粘土矿物的成岩作用。砂岩储层中孔隙流体的流动特征决定了成岩过程中物质的迁移和再分配，影响粘土矿物在砂岩储层中的分布特征。４粘土矿物对储层渗透率的影响４．１粘土矿物含量的影响国内外的研究表明，在沉积成岩条件大致相同的情况下，粘土矿物绝对含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越差，砂岩的粘土含量为１％～５％时，为储集
图１粘土矿物含量与孔渗关系［５］收稿日期：２０１１－０５－２７修回日期：２０１１－０６－１９作者简介：李娟（１９８６－），女，硕士，研究方向为矿产普查与勘探。
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改性黏土矿物在废水处理中的应用研究进展

收稿日期:2011-03-28 作者简介:闫会征(1978-),女,天津人,硕士,讲师,工程师,主要从事无机化工研究及教学工作。改性黏土矿物在废水处理中的应用研究进展闫会征,刘菊,刘继华 (天津渤海职业技术学院海洋化工系,天津300402) 摘要:简述了近5年来国内学者研究较多的膨润土、凹凸棒土、硅藻土、海泡石等4种黏土矿物改性后在废水处理中的应用研究现状,并对其今后潜在研究前景进行了讨论。关键词:改性黏土矿物废水处理应用研究中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:1006-7906(2011)03-0030-03 Research progress of the a pplication of mod ified clay mineral in wa stewater treatment YA N H uiz heng ,LI U J u,LI U J ihua (T ianjin Bohai V ocational T echnical Colleg e,T ianjin 300402,China) Abstract:T he domestic research situat ion of the application o f mo dified clay mineral in wastew ater tr eat ment in recent fiv e years is summar ized.T he mo dified clay includes modified bentonite,modified attapulgit e,mo dified diatomite and modified sepi o lite.T heir fut ur e development is also discussed. Key words:M odified clay m iner al;Wastew ater tr eatment;Resea rch of applicatio n 黏土矿物是以含铝、镁等元素为主的一类硅酸盐矿物,因其具有独特的层状结构而表现出良好的吸附和离子交换性能,且储量大、价格低、对环境无污染,是废水处理较为理想的吸附剂之一。经过酸法、离子交换法等改性的黏土,可以提高表面活性, 增强对废水中污物的吸附能力[1]。本文就改性黏土吸附剂在废水处理中的研究进展进行综述。1 改性膨润土在废水处理中的应用天然膨润土的表面硅氧结构具有较强的亲水性,并且层间存在大量可交换性阳离子的水解作用,使其表面通常存在一层薄水膜,因而吸附和离子交换只能在表面空隙进行,不能对疏水性有机污染物进行有效的吸附,且被吸附的重金属易解析,难以从水体中彻底去除,因此限制了其在废水处理中的应用[2]。近年来,通过酸、偶联剂、有机物、无机盐等进行改性的膨润土对污染物的吸附能力和离子交换性能比天然膨润土有所提高。白晓琳等以镁铝双金属离子低聚物为交联剂,按1 1比例将AlCl 3 6H 2O 溶液和M gSO 4溶液混合后加入NaOH 溶液至pH =4,将该混合溶液在80 老化24h,制得交联剂[3]。再将交联剂加入悬浊的膨润土溶液中,经静置、过滤、烘干,制得复合交联膨润土。研究表明,镁铝交联膨润土对废水中 Zn 2+去除率高达99%以上。而天然膨润土对废水中Zn 2+去除率仅77.69%。可见镁铝交联膨润土是一种高效的Zn 2+ 吸附剂。潘嘉芬等用某厂生产的天然钙基膨润土和改性膨润土对模拟含Pb 2+,Ni 2+,Cd 2+的废水分别进行了试验研究[4]。结果表明,天然钙基膨润土和改性膨润土对废水中的Pb 2+ ,Ni 2+ ,Cd 2+ 有较高的去除率,可作为重金属离子Pb 2+,Ni 2+,Cd 2+的吸附剂使用。实验表明,1g 天然钙基膨润土对Pb 2+,N i 2+,Cd 2+ 的最大吸附量分别为63.6,3.6,4.5mg ,吸附率分别为97%,96%,98%。经400 高温加热改性后的膨润土对Pb 2+,N i 2+的吸附率分别较原土提高了2%和3%。改性膨润土处理废水不但具有膨润土的诸多优点,且具有更高的吸附性能,能更快更彻底地去除水中多种无机及有机污染物,起到净化水质的作用。因此,改性膨润土在废水处理中具有广阔的应用前景。2 改性硅藻土在废水处理中的应用硅藻土是一种水合M g ,A l 和Si 的黏土矿,其主要成分为非晶质的SiO 2,还有Al 2O 3,Fe 2O 3, 第32卷第3期2011年6月化学工业与工程技术 J o ur nal o f Chemical I ndus try &Eng ineer ing V ol 32N o.3Jun.,2011

环境化学(黏土矿物材料与环境修复)

黏土矿物材料与环境修复摘要：黏土矿物材料、赤潮、水体污染、大气污染、放射性污染、环境替代材料人类应用黏土的历史源远流长，早在新石器时代就开始利用黏土作为烧制各种陶器和砖瓦的原料。而人们有意识地研究黏土则始于20世纪初。在X射线衍射技术诞生以前，人们并不知道黏土的真实本质。黏土科学作为一门21世纪人类将会迎来一个“新石器时代”，人类对非金属矿产的需求将大大超过对金属矿产的需求。黏土矿物在人们的生产领域将会扮演越来越重要的角色。黏土矿物广泛存在于各种地质体中，特殊的晶体结构赋予黏土矿物许多特性，例如脱水、复水性能，膨胀和收缩性能、可塑性能、离子交换性能等。黏土矿物的粒级又属胶体范围，高的比表面积和表面双电层结构使其具有胶体的特性。在本质上，黏土矿物属热力学不稳定系统。天然黏土矿物大都具有某种活性，这种活性正是晶体结构和胶体性质的反映。黏土矿物材料治理赤潮污染赤潮是指由海洋环境条件的改变，促使某些浮游的藻类生物爆发性的繁殖而引起的异常现象。主要发生在近海域。关于赤潮发生的原因虽然尚未完全查明，但根据有关报道看来，科学家们在这一问题上已取得基本一致的共识，认为基本有三条： 1、水域化学因素的变化，是由于城市生活用水、工业废水的大量倾入，使内弯和浅海区无机态氨、磷酸盐和铁、锰等微量元素增加，为赤潮生物的大量繁殖提供了丰富的营养物质； 2、由于水温和盐度的变化，一般为20~33℃的水域中，赤潮水域的盐度一般为27%~37%； 3、气象条件的变化，通常赤潮出现在闷热、风平浪静的夏季。一般认为，赤潮是生物、营养物质、地理条件、海流等各种因素综合作用的结果。近几年来，有害赤潮对沿海经济产生的危害明显增大，其主要原因是：

1粘土矿物的结晶结构及基本特征

3粘土矿物的结晶结构及基本特征 3.1粘土矿物概念、类型及其结构化学特征粘土的本质是粘土矿物。粘土矿物是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。晶质含水层状硅酸盐矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等: 含水非晶质硅酸盐矿物有水铝英石、胶硅铁石等。粘土矿物决定了整个粘土类或岩石的性质，它是最活泼的组分。粘土矿物的晶体结构主要是由两个最基本结构单元组成，即硅氧四面体和铝氧八面体，并沿X 轴方向发展。四面体的中心是四价的硅Si 4+，而四个二价的氧O 2－分布于四面体的四个顶角，四面体的四个面均为等边三角形(如图3.1- (a))，有时四面体中的氧原子为氢氧原子所代替，四面体的底面落在同一平面上，以三个尖顶彼此连结，第四个尖顶均指向同一个方向，在平面上组成六角形网格状结构或链状结构(如图3.1- (b))，成为四面体层(片)。八面体由六个氧或氢氧原子以等距排列而成，A13+(或Mg 2＋ )居于中心(如图3.2- ( a ))，八面体亦排列成层状态结构，成为八面体层(片)(如图3.2- (b))。由于单位晶格的大小相近似，四面体层与八面体层很容易沿C 轴叠合而成为统一的结构层，此结构层称为结构单位层，简称晶层，几个结构层组成晶胞。四面体层与八面体层的不同组合堆叠重复，便构成了各种粘土矿物的不同层状结构。由一个四面体层与一个八面体层重复堆叠的称为1:1型结构单位层(如高岭石等)，也称为二层型; 由两个四面体层间夹一个八面体层重复堆叠的称为2:1型结构单位层(如蒙脱石、伊利石等)，也称为三层型;在层状结构中，四面体层与八面体层间共用一个氧原子层，故四面体层与八面体层间的键力大，联结较强，但在1:1型或2:1型结构单位层间并不共用氧原子层，层间的联结较弱。在高岭石类粘土矿物中，结构单位层间为O 与HO(或OH 与OH)相邻(如图3.3 )，堆叠时，在相邻两晶层之间，除了范德华(Van der waals)力增扩的静电能外，主要为表层(羟)基及氧原子之间的氢键力，将相邻两晶层紧密地结合起来，使水不易进入晶层之间。即使有表面水合能撑开晶层，但不足以克服晶层间大的内聚力，几乎无阳离子交换(阳离子交换容量很小，其CEC 值为3－15毫克当量/100克干土)和类质同象置换现象，其基本层是中性的。同时，高岭石晶体基面间距(C 轴间距或doo1值)小(约7.2 A )，没有容纳阳离子的地方，即晶层无阳离子存在。高岭石晶体只有外表面，没有内表面，比表面积很小(一般远小于100m 2 /g )，被吸附的交换性阳离子(如Na ＋、Ca 2+等)仅存于高岭石矿物外表面，这对晶层水合无重要影响，所以高岭石是较稳定的非膨胀性粘土矿物，层间联结强，晶格活动性小，最活跃的表面是在晶体断口、破坏的及残缺部位的边缘部分，浸水后结构单位层间的距离（C 轴间距或doo1值)不变，使高岭石膨胀性和压缩性都较小，但有较好的解理面。蒙脱石类粘土矿物中的结构单位层间为O 与 O(如图3.4 )，相邻两晶层之间的联结力主要为范德华(Van der waals)力，层间联结极弱，易于拆开。蒙脱石既有外表

粘土矿物分析

作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥石（1％～55％，平均9.33％），另有高岭石（1％～12％，平均5.74％）和伊利石（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考）韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均9.33％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。

粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用一、粘土矿物类型粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作

粘土及改性粘土在水处理中的应用

粘土及改性粘土在水处理中的应用摘要：粘土类矿物因具有独特的层状结构而表现出良好的吸附和离子交换性能，在废水处理中有广阔的应用前景。本文在介绍了不同种类粘土矿物的结构和性质的基础上，对其作为吸附剂在废水处理中的应用研究情况进行了综述，并对其的改性产品的性能，发展进行了讨论。关键词：粘土；吸附剂；废水处理进入20世纪以来，吸附不仅在化学工业中已经发展成为一种必不可少的单元操作过程，而且在环境治理过程中已经成为一门独特的技术，在废水、废气的治理中更有比较广泛的应用，而吸附剂的选择是否得当则决定了某一吸附操作的技术经济性和环保水平[1]。粘土因具有独特的层状结构而具有良好的吸附和离子交换性能,且其储量大、价格低,是一类很有发展前景的优质廉价吸附剂,本文就粘土类吸附剂在废水处理中的研究和应用情况进行综述[2] 。粘土是岩石经过风化作用形成的。粘土成分相当复杂，组成粘土矿的主要元素是硅、氧和铝，粘土中还常含有石灰石、石膏、氧化铁和其他盐类[3]。一、几种粘土的结构和性质 1 凹凸棒土凹凸棒石呈土状、致密块状产于沉积岩和风化壳中,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,湿时有粘性和可塑性,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[3]。凹凸棒土是一种富镁硅酸盐粘土矿物，其晶体结构为硅酸盐的双链结构（角闪石类）和层状结构（云母类）的过渡类型，为2:1型粘土矿物[2]。由于晶体结构中存在晶体孔道，内表面积较大，因而具有很强的物理吸附性能，吸附脱色能力强。凹凸棒土吸附有机污染物后，填充于其晶体孔道和晶体层间，由于晶体的孔道容量大，因而在印染水、油脂等有机物的净化处理方面具有较大的应用潜力[4]。 2 膨润土膨润土又叫蒙脱土，是一种重要的非金属矿产，主要由蒙脱石构成，蒙脱石的晶体结构由两层硅氧四面体晶片中夹有一层铝氧八面体晶片组成，属于2:1型层状硅酸盐矿物。一般硅氧四面体和铝氧八面体中间存在着如Fe3+,Al3+,Mg2+阳离子类质同象置换，当置换阳离子为低价时，使结构增加等量的负电荷，由层间吸附的阳离子补偿，所以蒙脱石晶格内阳离子置换这一构造特性决定了蒙脱石的一系列重要性质，如阳离子交换性、膨胀性、吸附性等[6]。在粘土矿物中，以蒙脱土的矿物种属最多，成分变化也最复杂，而且有许多

05石膏、粘土模型制作实践

南阳师范学院课时教学计划章节四课题石膏、粘土模型的制作实践计划课时数1学时授课班级建筑教学目的了解用石膏、粘土制作模型制作的基本技法，并通过实践进行掌握。教学重点用石膏、粘土制作模型制作的基本技法。教学难点石膏和粘土材料的使用、剪裁和粘贴工艺的掌握。教学方法和手段讲授和启发式教学相结合，并利用多媒体辅助教学。备注参考书同“课程教学安排”。

教学内容批注四、石膏、粘土模型制作实践第一节、石膏模型制作基本技法石膏是一种适用范围较广泛的材料。该材料是白色粉状，加水干燥后成为固体，质地较轻而应。模型制作者常用此材料塑造各种物体的造型。同时，还可以用模型灌注法，进行同一物件的多次制作。另外，在建筑模型制作中，还可以和其他材料混合使用，通过喷涂着色，具有和其他材质同一的效果。制作石膏模型，制作简单，易于理解，比较经济。下面介绍石膏模型的制作方法： 1.工具:碗、搅拌用具、削刀、毛笔、水桶等工具 2.制作材料——石膏粉石膏粉是洁白的粉状物质，加水后慢慢凝固。石膏粉一般分两种：一种叫模型石膏，质纯色白，另一种叫建筑石膏。制作方法： 1．先做泥塑模型，石膏脱模，用泥土做凸模。（1）选择泥土：一般选不含泥沙、石子等杂质多的粘性土壤。（2）要求做成所需要的建筑模型造型。（3）泥土加工：加水把泥土不断地和揉，水不能太多。揉泥时把泥中的气孔挤掉，并使粘土改性。揉泥时掌握土质的干湿度，在不干不湿的情况下，用力雕塑成型。（做成型后，若桌面太脏，可在桌上铺一层干土后滚翻。）塑好的泥模放置在放通风

处阴干晾透，防止开裂，晾干后还须对泥模进行修整，修整得越光滑越正确越好。 2．浇石膏凹模在泥模外圈围上一圈比泥模高出4厘米的铝片，铝片扎入柱体模型。用毛笔蘸肥皂水刷在泥柱体模型表面作润滑剂，便于干后脱模。调和石膏是一道关键工艺，把水放入瓷碗里，量按需要而定。先用勺舀一些石膏粉轻轻地、均匀地撒入水中，看到石膏粉从碗底逐渐堆积到露出水面时，投放的石膏量就达到恰好的比例了（撒放石膏的过程中，禁止搅拌，否则混合比例就不正确）。然后，马上用竹筷搅拌石膏和水的混合物，搅拌均匀后用勺慢慢把搅拌好的石膏和水的混合物浇到柱体模上。等干后重复这样的动作，保证石膏厚度均匀（4—5cm）。浇完后大概20分钟，把石膏凹模和泥模分离。 3．浇石膏模型在凹模内刷肥皂水。等干后用绳子把两个石膏凹模合起来并稳住。往漏斗里向凹模里浇石膏。若做成实心的柱体，把凹模浇满就可以了，若要做成空心的，则需要均匀摇凹模，让石膏在内模均匀厚度。过一段时间后（几个小时），等里面的石膏变硬，再把凹模和里面的模型分开。对石膏柱体和球进行修整光滑，完成石膏柱体和球的制作。第二节、黏土模型制作基本技法纸黏土是一种制作建筑模型和配景环境的材料。该材料是由纸浆、纤维束、胶、水混合而成的白色泥状体。他可以用雕塑的手法，瞬间把建筑物雕塑出来。此外，由于该材料具有可塑性强，

粘土主要矿物的结构与性质

粘土主要矿物的结构与性质摘要主要论述了粘土中主要矿物的结构特点，并对各种矿物的主要性能(如可塑性、干燥收缩和膨润性等)进行了综述。关键词：粘土,高岭石,蒙脱石,伊利石,晶体结构，可塑性，膨润性 ABSTRACT Mainly discusses the main structure characteristics of clay minerals, and a variety of mineral properties ( such as plasticity, drying shrinkage and swelling etc.) are reviewed. KEY WORDS: Clay, kaolinite, montmorillonite, illite, crystal structure, plasticity, swelling 粘土类原料是日用陶瓷、耐火材料等的主要原料之一，它主要是由粘土矿物和其它矿物组成的并具有一定特性的（其中主要是具有可塑性）土状岩石。粘土矿物主要是一些含水铝硅酸盐矿物，其晶体结构是由[SiO4]四面体组成的（Si2O5）n层和一层由铝氧八面体组成的AlO（OH）2层相互以顶角联接起来的层状结构，这种结构在很大程度上决定了粘土矿物的各种性能。粘土很少由单一矿物组成，而是多种微细矿物的混合体，其主要矿物是被统称为“粘土矿物”的一些含水铝硅酸盐矿物。根据矿物的结构和组成的不同，可把粘土中的主要矿物分为高岭石类、蒙脱石类和伊利石类等三种。在粘土的使用过程中，由于对各种主要矿物的结构认识不足，常常在生产中造成资源的浪费，并且产品达不到理想的性能。材料的结构决定性能，只有掌握了矿物的的结构与性能的关系，才能对矿物进行合理、充分的利用。为此，我主要分析一下三种主要粘土矿物的结构与性能。

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用

粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用随着人类对粘土矿物研究的日益深入以及粘土矿物在各领域中的应用日益加深，粘土矿物的独特性质正越来越受到人们的关注。粘土矿物分布的广泛性、特有的物理、化学、晶体结构的性质及其形成机理的独特性，决定了它在地质、环境、材料科学领域应用中的重要意义。 1.粘土矿物的结构特征概述粘土矿物是颗粒细小（<0.1mm）的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由si-o四面体片与Al-o八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连结方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si离子被Ai离子置换，八面体中Ai离子被Fe、Mg离子置换，从而使其单元层表面具有电性。此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子交换性、胶体性、分散性和催化性，这些特征在地质、环境、材料科学领域中具有十分重要的意义。在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以三个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体片。这些铝氧四面体片和硅氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。粘土矿物除少数为非晶质外，大多是是由按四面体配位阳离子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面体配位阳离子（Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+）组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层或水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和云母类等。高岭石为1:1型结构，基本式为Si4Ai4O10（OH）8，个单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构其基本式为Si3Ai4O20（OH）4·nH2O，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、脚上发生，更多是由层际间的阳离子交换而形成。 2.粘土矿物在石油地质中的应用

粘土矿物扫描电镜描述升级版

、扫描电镜照片，粘土矿物的镜下特征及描述 1、高岭石高岭石硅铝酸盐矿物，是长石的蚀变产物，呈书页状、蠕虫状、手风琴状，多以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙。其晶间结构比较松，在流体的冲刷下容易随流体移动，堵塞、分割孔隙和吼道，尤其在细小吼道中，影响很大，是重要的速敏矿物。 2、伊蒙混层伊蒙混层蒙脱石向伊利石过渡的矿物，呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状等，随埋深加大和温压的升高而含量增多，有较强的水敏性。 3、绿泥石

绿泥石铝硅酸盐矿物，常与自生石英共生。在电镜扫描下，其单晶形态呈薄六角板状或叶片状，常见粒径为2卩?3 [1;聚集形态常常为：由叶片组成的蜂窝状、玫瑰花朵状、绒球状、针叶状和叠片状，在孔隙中的产状有孔隙衬垫及孔隙充填，有时也可见其杂乱堆积状态。一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面，绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来，自生绿泥石一般富含高价铁离子，与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀，而造成储层伤害，是酸敏性矿物。 4、伊利石伊利石形态：鳞片状、羽毛状、丝缕状。分布：多分布于颗粒表面，或以粘土桥形式分布于颗粒间伊利石铝硅酸盐矿物，伊利石晶体呈不规则的鳞片状，个别呈六边形，鳞片大小不等，一般在1?1间。在电镜扫描下常见的单体形态呈丝带状、条片状和羽毛状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内，集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状。伊利石往往在孔隙中形成搭桥式生长或构成丝缕状、发丝状网络（图1，图2）。片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙，增加了迂回度；丝发状的容易被水冲移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和渗透率。 5、蒙脱石蒙脱石形态：鳞片状、蜂巢状、棉絮状。分布：多分布于颗粒表面。分子式： (AIMg)2[Si4O10](OH)24H2O 分布于埋藏较浅、成岩作用较弱的地层中，随加埋藏深、成岩作用加强趋于消